JP2007237196A - 穿孔装置及び穿孔方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パンチとダイの中心の位置合わせを容易かつ高精度に行うことができる穿孔装置及び穿孔方法を提供する。
【解決手段】光源４０によりパンチ２０及びダイ１０を上方から照明する。これにより、ダイ１０の孔１０ａからパンチ２０に遮られつつ漏れた光が、光輪となってＣＣＤカメラ３３によって観察される。この光輪の幅が全周において均等になるように、ＣＣＤカメラ３３により撮像された観察画像を作業者が目視しながら、パンチ２０に対するダイホルダ１１の位置を移動調整ねじによって調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パンチとダイの位置合わせをして穿孔を行う穿孔装置及び穿孔方法に関する。

パンチとダイを組み合わせて被加工物に孔を明ける穿孔装置において、品質のよい被加工物を製作するためには、パンチの中心とダイの中心との位置合わせを精度良く行って孔を明ける必要がある。

パンチとダイの中心の位置合わせは、それぞれが保持されたパンチホルダとダイホルダをＸＹ方向に移動させて調整する。従来では、例えば芯出し用のパンチを加工用ダイに挿入して、パンチホルダとダイホルダの両者の機械的な位置関係を調整していた。

芯出し用のパンチは、加工用のパンチに比べてダイとパンチとのクリアランスが小さくなるように形成されており、これを用いることで、パンチホルダと加工用ダイとの位置関係を調整することができる。

芯出し用パンチによる芯出しが終了した後、芯出し用パンチを加工用パンチに交換して加工用パンチと加工用ダイの中心の位置合わせを完了する。

しかしながら、加工用パンチと芯出し用パンチの中心を完全に一致させて製造することは困難であるので、芯出し用パンチを加工用パンチに交換した際に、ずれが生じてしまうことがあった。

このような課題を解決すべく、特許文献１に示すように、反射鏡やレンズを用いてパンチとダイの中心の位置合わせを行う穿孔装置がある。具体的には、パンチのダイの孔への嵌合部分の像を、嵌合部分の斜め上に位置する反射鏡によってレンズに向けて反射させて、このレンズの支持具を適切な位置に移動させる。そして、レンズを介して拡大された像を目視しながらパンチホルダとダイホルダの機械的な位置関係を調整する。
特開平１０−２０２４７５号公報

しかしながら、上述した特許文献１の穿孔装置においては、反射鏡がパンチのダイの孔への嵌合部分に対して斜め上の位置に設置されるために、反射鏡によって反射された嵌合部分の像と嵌合部分を真下から視る像とには視差が生じてしまうため、高精度なパンチとダイの中心の位置合わせが難しいという問題があった。また、位置合わせの精度を上げようとすると、複数の方向から嵌合部分を確認せざるを得ず、位置合わせにかなり手間がかかってしまうという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、パンチとダイの中心の位置合わせを容易かつ高精度に行うことができる穿孔装置及び穿孔方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の穿孔装置は、
パンチホルダに支持されたパンチと、該パンチが挿入される孔を有するとともにダイホルダに支持されたダイとを備えた穿孔装置であって、
前記パンチの中心と前記ダイの中心との位置合わせを行うために、前記ダイ及び前記パンチを照明する照明手段と、該照明手段から発光され、前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光による像を撮影する撮影手段と、該撮影手段により撮影された像に基づいて、前記ダイホルダ及び前記パンチホルダのうち少なくとも一つを位置合わせのためにＸＹ平面上で移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。

また、前記撮影手段は前記ダイの下方に設けられるようにしてもよい。

また、前記ダイの下方に設けられるとともに、前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光を反射するミラーを備え、
前記撮影手段により前記ミラーで反射された光による像を撮影するようにしてもよい。

また、前記撮影手段は着脱自在であるようにしてもよい。

また、前記ダイの下方に、前記パンチが前記ダイの孔に穿孔されて生じる被加工物のカスを取り除くためのカス除去手段が着脱自在に設けられるようにしてもよい。

また、前記撮影手段により撮影された画像データを画像処理する画像処理手段を備えるようにしてもよい。

また、前記画像処理手段により画像処理された画像データに基づいて、前記パンチの中心と前記ダイの中心とのずれ量を判定するようにしてもよい。

また、前記画像処理手段と前記移動手段とを組み合わせて自動化するようにしてもよい。

また、上記目的を達成するため、本発明の穿孔方法は、
パンチホルダに支持されたパンチをダイホルダに支持されたダイに形成された孔に挿入して被加工物を穿孔する穿孔方法であって、
前記ダイに対して前記パンチをＺ軸方向に移動させる工程と、
前記ダイ及び前記パンチを照明する工程と、
前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光による像を撮影する工程と、
前記撮影された像に基づいて、前記ダイホルダ及び前記パンチホルダのうち少なくとも一つを位置合わせのためにＸＹ平面上で移動させて、前記パンチの中心と前記ダイの中心との位置合わせを行う工程とを備えたことを特徴とする。

また、前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光による像の撮影は、前記ダイの下方において行われるようにしてもよい。

本発明によれば、パンチとダイの中心の位置合わせを容易かつ高精度に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る穿孔装置について、以下図面を参照して説明する。穿孔装置１は被加工物である板状部材に孔を形成する装置である。

穿孔装置１は、図１，図２及び図４に示すように、図示しない基台上に、ダイ１０と、ダイ１０を支持するダイホルダ１１と、ダイホルダ１１を支持するダイホルダ支持部１２と、ダイホルダ１１の移動調整ねじ１３(図２)と、ダイホルダ１１を固定するためのトルクレンチ１４と、パンチ２０と、パンチ２０を支持するパンチホルダ２１と、撮影装置３０と、光源４０とを備えている。

ダイ１０には、図１に示すように、パンチ２０が挿入される孔１０ａが形成されており、ダイ１０の上方に位置するパンチ２０が上下動してダイ１０の孔１０ａに挿入されることにより板状部材に孔を明ける。

ダイホルダ１１は、板状部材に形成する孔の径等に応じてダイ１０を交換可能に保持するものである。移動調整ねじ１３，１３は、ダイ１０の中心とパンチ２０との中心の位置合わせのために、ダイホルダ１１の位置をＸＹ平面上で、ＸＹ方向(図２)に移動可能に調整する。移動調整ねじ１３，１３は、回転させて前後に移動させることにより、移動調整ねじ１３，１３と螺合したダイホルダ１１をＸＹ方向に移動させる。

ダイホルダ１１を支持するダイホルダ支持部１２には、撮影装置３０が取り外し可能に取り付けられている。撮影装置３０は、ダイ１０の孔１０ａとパンチ２０の挿入端の位置関係を表す画像を撮影して観察するための装置である。撮影装置３０は、図１に示すように、筒状取付部３１と、把持部３２と、ＣＣＤ(Charge Coupled Devices)カメラ３３と、ミラー３４とから構成されている。

撮影装置３０の筒状取付部３１は、ダイホルダ支持部１２に形成された挿入孔１２ａに挿入され、図示しない固定手段により、ダイホルダ支持部１２に取り外し可能に取り付けられる。筒状取付部３１の中空部３１ａは先端付近では小径中空部３１１ａを構成しており、筒状取付部３１には小径中空部３１１ａと直交して連通する連通孔３１ｂが形成されている。

中空部３１ａ及び連通孔３１ｂは、光源４０から発光された光の光路となる。連通孔３１ｂは、撮影装置３０がダイホルダ支持部１２に取り付けられた際に、ダイ１０の孔１０ａと連通する。そして、連通孔３１ｂと小径中空部３１１ａが交差する位置にミラー３４が取り付けられている。

ミラー３４は、光源４０から発光され、ダイ１０の孔１０ａからパンチ２０に遮られつつ漏れた光輪をＣＣＤカメラ３３へと導くためのものである。ミラー３４は、光源４０から発光されダイ１０の孔１０ａから漏れた光を反射して光路を９０度曲げることにより、ＣＣＤカメラ３３へと漏れた光を導く。

把持部３２は、撮影装置３０をダイホルダ支持部１２に取り付ける際などに把持される。把持部３２の一端に筒状取付部３１が形成され、他端にＣＣＤカメラ３３が固定されている。

把持部３２にも、図示しない中空部が形成されており、この中空部がミラー３４で反射された光の光路となり、この反射された光がＣＣＤカメラ３３の撮像素子に入射する。

ＣＣＤカメラ３３では、ミラー３４を介してダイ１０の孔１０ａを直下から見た画像を観察することができる。ＣＣＤカメラ３３は、撮像中心がダイ１０の孔１０ａの画像の中心付近に合うように配置される。

ダイ１０の上方でパンチ２０を支持するパンチホルダ２１は、図示しないサーボモータにより駆動され、サーボモータの回転運動を送りねじ等を用いて直線運動に変換してパンチ２０を上下動させる。この時、パンチ２０が移動する方向はＸＹ平面に対する法線（Ｚ軸）である。

光源４０は、ダイ１０およびパンチ２０を照明する手段である。光源４０は、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)により構成され、パンチホルダ２１に着脱自在に取り付けられ、パンチ２０の上方に配置される。

光源４０がパンチ２０の上方に配置されることにより、光源４０からの光は、パンチ２０の挿入端がダイ１０の孔１０ａに挿入される位置へと向かって発光される。これにより、ダイ１０の孔１０ａからパンチ２０に遮られつつ漏れた光が光輪状となって、ダイ１０の孔１０ａ、連通孔３１ｂを介して、ミラー３４へと入射する。
すなわち、光源４０から発光され、ダイ１０の孔１０ａから漏れた光は、ダイ１０の孔１０ａ、連通孔３１ｂを通ってミラー３４に反射され、ミラー３４に反射された光は、中空部３１ａ及び把持部３２の中空部を通って、ＣＣＤカメラ３３へと導かれる。

また、穿孔装置１は、図４(Ｃ)に示すように、カス抜きパイプ５０を備えている。カス抜きパイプ５０は、穿孔作業において生じる被加工物のカスを穿孔装置１から取り除くためのものである。カス抜きパイプ５０は、穿孔作業が行われる際に、着脱自在にダイホルダ支持部１２に取り付けられ、ダイ１０の直下に先端が対向するように配置される。

次に、この穿孔装置１において、ダイ１０の中心とパンチ２０の中心との位置合わせを行う方法について説明する。

まず、作業者が目視しながら、ダイ１０の上面にパンチ２０の先端が接触しない程度まで、パンチ２０を上下動させるサーボモータを操作してパンチ２０を下降させる。この状態において光源４０によりパンチ２０及びダイ１０を照明する。これにより、ダイ１０の孔１０ａからパンチ２０に遮られつつ漏れた光が、図３(Ａ)に示すように、光輪ＬとなってＣＣＤカメラ３３によって観察される。すなわち、図３において、ダイ１０の影Ｄとパンチ２０の影Ｐとの隙間に光輪Ｌが観察される。

この光輪Ｌの幅が全周において図３(Ｂ)に示すように均等になるように、ＣＣＤカメラ３３により撮像された観察画像を作業者が目視しながら、パンチ２０に対するダイホルダ１１の位置を移動調整ねじ１３，１３によってＸＹ方向に調整する。

光輪Ｌが均等になったら、パンチ２０をさらに下降させてダイ１０の孔１０ａ内にわずかに挿入させて再度光輪Ｌの幅が均等であるかを観察し、問題が無ければ調整作業を終了する。
もしも均等でなければ、この状態で再度ダイホルダ１１の位置を移動調整ねじ１３、１３によってＸＹ方向に調整する。
なお、このパンチ２０の下降量は作業者が目視にて行なうが、これをサーボモーターの回転量を数値制御することで自動化することも可能である。

また、光輪Ｌの幅が均等であるか否かの判断を、作業者の目視による観察の代わりに、ＣＣＤカメラ３３による撮像画像データを基に画像処理手段６６(図５)による画像処理を施して行うことも可能である。この場合には、例えば次のようにする。 移動調整ねじ１３によってＸ方向の一方向にダイホルダ１１を光が遮光される位置まで移動させる。この時のダイ１０の影ＤのＸ方向の座標Ｘ１を取得する。次に、移動調整ねじ１３によってＸ方向の反対方向に光が遮光される位置まで移動させて、この時のダイ１０の影ＤのＸ方向の座標Ｘ２を取得する。これらの座標Ｘ１および座標Ｘ２からダイ１０の影ＤのＸ方向の中心座標Ｘ３を求める。また、Ｙ方向についても同様にしてダイ１０の影ＤのＹ方向に中心座標Ｙ３を求める。そして、ダイ１０の影Ｄが中心座標Ｘ３，Ｙ３に位置するように、ダイホルダ１１を移動調整ねじ１３によって移動させれば位置合わせが完了する。

また、画像処理手段６６において、光輪Ｌの幅を測定してずれ量を判定したり、ダイ１０の影Ｄにより構成される円とパンチ２０の影Ｐにより構成される円との中心座標を比較してそのずれ量ｔを判定することによっても、位置合わせを行うことは可能である。

次に、穿孔装置１における穿孔方法について図４を用いて説明する。図４(Ａ)に示した撮影装置３０が装着されていない状態から、ダイ１０とパンチ２０との位置合わせを行うために図４(Ｂ)に示すように撮影装置３０をダイホルダ支持部１２の挿入孔１２ａに挿入して取り付ける。取り付けた撮影装置３０を用いて上述した方法でダイ１０とパンチ２０との位置合わせを行う。位置合わせが完了したら、トルクレンチ１４でねじ止めすることによりダイホルダ１３を固定する。

そして、撮影装置３０をダイホルダ支持部１２から取り外した後、図４(Ｃ)に示すように、カス抜きパイプ５０を装着する。カス抜きパイプ５０の装着後、パンチ２０を上下動させて、ダイ１０の挿入孔１０ａに挿入して、パンチ２０の挿入端とダイ１０との間に配置された被加工物である例えばプリント基板に孔を明ける。この穿孔作業において生じたカスはカス抜きパイプ５０の中空部に落ちて穿孔装置１から排出される。なお、穿孔作業の際には光源４０をパンチホルダ２１から取り外しても良い。

ここで、穿孔装置１を制御するための制御回路について図５を用いて説明する。制御部６０は、図５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１とメモリ６２とドライバ６３，ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６５と画像処理手段６６とを備えている。ＣＰＵ６１は、穿孔装置１全体の制御や演算処理を行うものである。メモリ６２には、穿孔装置１を制御するためのプログラムや制御情報が格納されている。ドライバ６３はＣＰＵ６１からの制御信号に応じて、パンチホルダ２１を動作させる。ＤＳＰ６５はＣＰＵ６１からの制御信号に応じて、ＣＣＤカメラ３３を動作させる。画像処理手段６６は、上述したようにＣＣＤカメラ３３により撮像された画像を処理する。ＣＰＵ６１には、操作部６４が接続されている。画像入出力インターフェース６７は、ＣＰＵ６１、ＤＳＰ６５、及び画像処理手段６６に接続されており、ＣＰＵ６１の指示により、ＤＳＰ６５から出力される生画像、または画像処理手段から出力される処理画像のうちどちらか一方を選択して、画像表示手段１００に表示する。

操作部６４によりパンチホルダ２１の操作信号がＣＰＵ６１に出力されると、ＣＰＵ６１は、パンチホルダ２１を駆動するための駆動信号の出力をドライバ６３に指示する。ドライバ６３は、指示に従って、パンチホルダ２１に駆動信号を出力する。そして、パンチホルダ２１は上下動され、穿孔作業が行われる。

また、ダイ１０とパンチ２０との中心の位置合わせにおいては、操作部６４からのＣＣＤカメラ３３の操作信号がＣＰＵ６１に出力されると、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ３３を駆動するための駆動信号の出力をＤＳＰ６５に指示する。ＤＳＰ６５は、指示に従って、ＣＣＤカメラ３３に駆動信号を出力する。そして、ＣＣＤカメラ３３によりダイ１０とパンチ２０との位置合わせのための画像が撮像され、ＣＰＵ６１が画像入出力インターフェース６７に、ＤＳＰ６５が出力する画像を画像表示部１００に出力することを指示する。画像入出力インターフェース６７は、その指示に基づいて、画像表示部１００にＤＳＰ６５からの画像を表示する。作業者は画像表示部１００に表示された画像に基づいて、上述した位置合わせを行なう。 また、上述したように、ＣＣＤカメラ３３の画像データ信号に基づいて画像処理手段６６を用いて位置ずれ量を測定し、その結果に基づいて位置合わせを行うこともできる。その場合はＣＰＵ６１が画像入出力インターフェース６７に、画像処理手段６６によって処理された画像を出力するように指示して、作業者は画像表示部１００に表示されたその画像に基づいて位置合わせを行なっても良いし、画像はＤＳＰ６５からの生画像のまま、位置ずれ量等を数値等によって画像表示部１００に表示して、その情報に基づいて位置合わせを行なうなどしてもよい。

なお、ダイホルダ１１のＸＹ方向の移動調整手段をモータ等により電動化して、ＣＰＵ６１によって制御するようにしてもよい。この場合には、移動調整手段と画像処理手段とを組み合わせることによって、ダイ１０とパンチ２０の中心の位置合わせの自動化を行うことができる。この場合の構成を図５の点線部に示す。ドライバ６８はＣＰＵ６１に接続され、ＣＰＵ６１からの制御信号に応じてパンチホルダ２１を動作させる。Ｘ軸調整用モータ１０１、およびＹ軸調整用モータ１０２はＣＰＵ６１からの制御信号に応じて、ＸＹテーブル１０３を動作させる。ダイホルダ１１はＸＹテーブル１０３によりＸＹ平面上を自在に移動することができる。

画像処理手段６６が測定した位置ずれ量に基づいてＣＰＵ６１は、ドライバ６８に対してＸ軸調整用モータ１０１、およびＹ軸調整用モータ１０２の駆動信号を出力する。ドライバ６８がＣＰＵ６１からの制御信号に応じて、Ｘ軸調整用モータ１０１、およびＹ軸調整用モータ１０２を動作させると、Ｘ軸調整用モータ１０１、およびＹ軸調整用モータ１０２の動作に従ってＸＹテーブル１０３がＸＹ平面上を移動する。ダイホルダ１１はＸＹテーブルに接続されているので、ＸＹテーブル１０３の動作に伴ってダイホルダ１１はＸＹ平面上を移動する。移動が完了したら再度ずれ量を測定し、調整が不十分であれば再度ダイホルダ１１を移動させて調整を行なう。このようにしてダイホルダ１１の位置ずれ量を自動で調整する。

このように本実施の形態の穿孔装置１および穿孔装置１による穿孔方法では、ダイ１０とパンチ２０の中心の位置合わせにおいて、ダイ１０の孔１０ａの中心とパンチ２０の中心との位置関係を下方から観察することができるようにしたので、斜めから観察することによる視差が生じることがなくなり、位置合わせを容易かつ高精度に行うことができる。

また、ＣＣＤカメラ３３による画像データに基づいて、ダイ１０の孔１０ａの中心とパンチ２０の中心のずれ量を数値的に管理することも可能となり、より高精度な位置合わせが可能となる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、本実施形態ではミラー３４を用いて９０度光路を曲げてダイ１０とパンチ２０の画像をＣＣＤカメラ３３によって観察できるようにしたが、ミラーを用いることなく、ダイ１０の下方に直接ＣＣＤカメラを配置するようにしてもよい。

また、本実施形態ではダイホルダ１１を移動調整可能とする例について説明したが、パンチホルダ２１を移動調整可能とするようにしてもよいし、また、ダイホルダ１１及びパンチホルダ２１の両者を移動調整可能としてもよい。

また、本実施形態ではダイホルダ１１を移動調整ねじ１３により移動調整する例について説明したが、例えばマイクロメータ等によって調整するようにしてもよいし、調整ねじによる方法には限られない。

また、本実施形態では、光源４０をＬＥＤにより構成する例について説明したが、ＬＥＤ以外の光源を用いることも可能である。

また、本実施形態では、ミラー３４により光路を９０度曲げているが、必ずしも光路を曲げる角度が９０度である必要はない。

また、本実施形態は、ＣＣＤカメラ３３の撮像中心がダイ１０の孔１０ａの画像の中心付近に合うように配置される例について説明したが、厳密に中心が合致する必要はない。

また、本実施形態では、撮影装置３０を取り外す例について説明したが、穿孔作業においても撮影装置３０を取り外さないように構造を変更することは可能である。

本発明の実施形態に係る穿孔装置の構成を表す断面図である。 図１に示した穿孔装置の斜視図である。 図１に示した穿孔装置においてダイとパンチとの位置合わせを行う際の説明図である。 図１に示した穿孔装置による穿孔方法を説明するための断面図である。 図１に示した穿孔装置を制御するための制御回路のブロック図である。

符号の説明

１ 穿孔装置
１０ ダイ
１１ ダイホルダ
１２ ダイホルダ支持部
１３ 移動調整ねじ
２０ パンチ
２１ パンチホルダ
３０ 撮影装置
３１ 筒状取付部
３３ ＣＣＤカメラ
３４ ミラー
４０ 光源
６６ 画像処理手段
Ｌ 光輪
Ｄ ダイの影
Ｐ パンチの影

Claims (10)

1. パンチホルダに支持されたパンチと、該パンチが挿入される孔を有するとともにダイホルダに支持されたダイとを備えた穿孔装置であって、
   前記パンチの中心と前記ダイの中心との位置合わせを行うために、前記ダイ及び前記パンチを照明する照明手段と、該照明手段から発光され、前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光による像を撮影する撮影手段と、該撮影手段により撮影された像に基づいて、前記ダイホルダ及び前記パンチホルダのうち少なくとも一つを位置合わせのためにＸＹ平面上で移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする穿孔装置。
2. 前記撮影手段は前記ダイの下方に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
3. 前記ダイの下方に設けられるとともに、前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光を反射するミラーを備え、
   前記撮影手段により前記ミラーで反射された光による像を撮影することを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
4. 前記撮影手段は着脱自在であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の穿孔装置。
5. 前記ダイの下方に、前記パンチが前記ダイの孔に穿孔されて生じる被加工物のカスを取り除くためのカス除去手段が着脱自在に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の穿孔装置。
6. 前記撮影手段により撮影された画像データを画像処理する画像処理手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の穿孔装置。
7. 前記画像処理手段により画像処理された画像データに基づいて、前記パンチの中心と前記ダイの中心とのずれ量を判定することを特徴とする請求項６に記載の穿孔装置。
8. 前記画像処理手段と前記移動手段とを組み合わせて自動化したことを特徴とする請求項６または７に記載の穿孔装置。
9. パンチホルダに支持されたパンチをダイホルダに支持されたダイに形成された孔に挿入して被加工物を穿孔する穿孔方法であって、
   前記ダイに対して前記パンチをＺ軸方向に移動させる工程と、
   前記ダイ及び前記パンチを照明する工程と、
   前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光による像を撮影する工程と、
   前記撮影された像に基づいて、前記ダイホルダ及び前記パンチホルダのうち少なくとも一つを位置合わせのためにＸＹ平面上で移動させて、前記パンチの中心と前記ダイの中心との位置合わせを行う工程とを備えたことを特徴とする穿孔方法。
10. 前記ダイの孔から前記パンチにより遮られて漏れる光による像の撮影は、前記ダイの下方において行われることを特徴とする請求項９に記載の穿孔方法。
    

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