JP2008080435A - Tool position detecting method and printed board working device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、対地抵抗が高いロータシャフトに発生する軸電圧を用いて工具の軸線方向の位置を決定するようにした工具の位置検出方法およびそれを用いたプリント基板加工装置に関する。 The present invention relates to a tool position detecting method for determining a position in the axial direction of a tool using an axial voltage generated in a rotor shaft having a high ground resistance, and a printed circuit board processing apparatus using the same.
大地に接続されたプレッシャフットによりワークを押さえ、対地抵抗が高い回転自在のロータシャフトに保持させた工具により前記ワークを加工する加工装置において、導電材で形成した接触子と、電圧測定手段とを設け、前記接触子を、前記プレッシャフットから絶縁して、前記プレッシャフットの先端部に配置すると共に、前記ワークを大地から絶縁し、前記ロータシャフトに発生する軸電圧を、前記接触子を介して測定することを特徴とする加工装置が知られている(特許文献1)。 In a processing apparatus that presses a work with a pressure foot connected to the ground and processes the work with a tool held on a rotatable rotor shaft with high ground resistance, a contact formed with a conductive material and a voltage measuring means The contactor is insulated from the pressure foot, arranged at the tip of the pressure foot, the work is insulated from the ground, and the axial voltage generated in the rotor shaft is passed through the contactor. A processing apparatus characterized by measuring is known (Patent Document 1).
この技術に依れば、工具の先端位置を精度良く把握できるので、深さ精度に優れる穴を加工することができた。 According to this technique, the tip position of the tool can be grasped with high accuracy, and a hole having excellent depth accuracy can be machined.
プリント基板穴明機ではプレッシャフットによりワークの加工部周辺を押さえた状態でドリルをワークに切り込ませるが、プレッシャフットがワークに当接した際に、ドリルの先端がワークに接触した時に測定される軸電圧とほぼ同じ電圧のノイズが発生することがある。ドリルの先端はプレッシャフットの先端から2mm程度上方に位置決めされているので、このようなノイズに基づいて穴を加工すると加工不良が発生する。そこで、ドリルの先端が設計上のワーク表面から0.5mmになった時点で(すなわち、プレッシャフットがワークに当接した後で)軸電圧の測定を開始するようにしていた。これにより、表面がほぼ平坦なプリント基板の場合、特許文献技術1の技術により深さ精度に優れる穴を加工することができた。
In the printed circuit board drilling machine, the drill is cut into the work while the periphery of the work part of the work is pressed by the pressure foot, but it is measured when the tip of the drill comes into contact with the work when the pressure foot contacts the work. Noise with the same voltage as the axial voltage may occur. Since the tip of the drill is positioned about 2 mm above the tip of the pressure foot, if a hole is machined based on such noise, machining failure occurs. Therefore, the measurement of the shaft voltage is started when the tip of the drill reaches 0.5 mm from the designed workpiece surface (that is, after the pressure foot contacts the workpiece). As a result, in the case of a printed circuit board having a substantially flat surface, it was possible to process a hole with excellent depth accuracy by the technique of
しかし、スーパーコンピュータ等に使用される板厚が10mm程度のプリント基板の場合、表面に凹凸が発生していることが多く、実際のワーク表面の高さが設計上のワーク表面高さに対して1mm程度ずれている場合がある。 However, in the case of a printed circuit board having a thickness of about 10 mm used for a supercomputer or the like, the surface is often uneven, and the actual workpiece surface height is higher than the designed workpiece surface height. There may be a deviation of about 1 mm.
実際のワーク表面の高さが設計上のワーク表面よりも低い場合には、従来の技術により深さ精度に優れる穴を加工することができる。しかし、実際のワーク表面の高さが設計上のワーク表面よりも高い場合には、深さ精度に優れる穴を加工することはできない。すなわち、例えば、実際のワーク表面の高さが設計上のワーク表面よりも0.8mm高い場合には、軸電圧を測定開始する時点ではドリルが0.3mmワークに切り込んでいるので、指定された穴の深さに対して0.3mm深い穴が加工される。このため、例えば、深さの公差が0.3mm未満の場合は、加工されたプリント基板が不良品になる。 When the actual workpiece surface height is lower than the designed workpiece surface, holes having excellent depth accuracy can be machined by conventional techniques. However, when the actual workpiece surface height is higher than the designed workpiece surface, a hole with excellent depth accuracy cannot be machined. That is, for example, when the height of the actual workpiece surface is 0.8 mm higher than the designed workpiece surface, the drill is cut into the 0.3 mm workpiece at the time of starting the axial voltage measurement. A hole 0.3 mm deep with respect to the depth of the hole is processed. For this reason, for example, when the tolerance of depth is less than 0.3 mm, the processed printed circuit board becomes a defective product.
したがって、ワーク表面の凹凸が大きい場合には、軸電圧の測定開始位置を高く(例えば、1.5mm)せざるを得ず、ノイズに起因する加工不良が発生する場合があった。 Therefore, when the unevenness of the workpiece surface is large, the measurement start position of the axial voltage has to be made high (for example, 1.5 mm), and processing defects due to noise may occur.
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ノイズが発生した場合であっても精度よく工具の位置を検出することができる工具の位置検出方法およびそれを用いたプリント基板加工装置を提供するにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and to provide a tool position detection method and a printed circuit board processing apparatus using the same that can accurately detect the position of the tool even when noise occurs. In offer.
上記の課題を解決するため、本発明の第1の態様は、対地抵抗が高いロータシャフトに発生する軸電圧を前記ロータシャフトに保持された工具を介して測定することにより前記工具の軸線方向の位置を決定するようにした工具の位置検出方法において、予め前記軸電圧の閾値と、判定期間と、判定回数と、を定めておき、前記判定期間において測定された前記軸電圧が前記閾値を超えた回数が前記判定回数以上である場合に、前記工具の先端がワークの表面に接触したと判定することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the first aspect of the present invention is to measure an axial voltage generated in a rotor shaft having a high ground resistance through a tool held by the rotor shaft, thereby measuring the axial direction of the tool. In the tool position detection method for determining a position, the shaft voltage threshold value, the determination period, and the number of determination times are determined in advance, and the shaft voltage measured in the determination period exceeds the threshold value. When the number of times of contact is equal to or greater than the number of determinations, it is determined that the tip of the tool has contacted the surface of the workpiece.
好ましくは、予め前記工具の切り込み速度を定めておき、前記判定期間と前記切り込み速度に基づき、前記判定期間に切り込まれた切り込み量を算定し、前記工具の先端がワーク表面に接触したと判定したときからの切り込み深さを、前記算定された判定期間の切り込み量を減算した残りの切り深さにより設定する。 Preferably, the cutting speed of the tool is determined in advance, and based on the determination period and the cutting speed, a cutting amount cut in the determination period is calculated, and it is determined that the tip of the tool has contacted the workpiece surface. The cutting depth from the time when the cutting is performed is set by the remaining cutting depth obtained by subtracting the cutting amount of the calculated determination period.
また、本発明の第2の態様は、対地抵抗が高いロータシャフトに発生する軸電圧を前記ロータシャフトに保持された工具を介して測定することにより前記工具の軸線方向の位置を決定するようにしたプリント基板加工装置において、測定された前記軸電圧と予め定められた閾値とを比較する比較手段と、測定された前記軸電圧が前記閾値を超えた回数をカウントするカウント手段と、予め定められた期間を計測する計測手段と、前記カウント手段でカウントされた回数と予め定められた回数とを比較する判定手段と、を備え、前記計測手段が計測する期間において前記カウント手段でカウントされた回数が予め定められた回数以上である場合に前記工具の先端がワークの表面に接触したと判定し、前記工具の先端がワークの表面に接触した位置を基準にして穴を加工をすることを特徴とする。 Further, in the second aspect of the present invention, the axial voltage generated in the rotor shaft having a high ground resistance is measured through a tool held on the rotor shaft, thereby determining the position of the tool in the axial direction. In the printed circuit board processing apparatus, a comparison unit that compares the measured axial voltage with a predetermined threshold, a counting unit that counts the number of times the measured axial voltage exceeds the threshold, and a predetermined A measuring means for measuring a predetermined period, and a determining means for comparing the number of times counted by the counting means with a predetermined number of times, and the number of times counted by the counting means in the period measured by the measuring means Is determined that the tip of the tool is in contact with the surface of the workpiece when the number of times is equal to or greater than a predetermined number of times, Characterized by machining the holes with respect to the.
好ましくは、予め定められた前記工具の切り込み速度と前記予め定められた期間とに基づき、前記計測手段により計測された前記予め定められた期間の切り込み量を算定する算定手段を備え、前記工具の先端がワーク表面に接触したと判定したときからの切り込み深さを、前記算定手段による切り込み量を減算した残りの切り深さにより設定する。 Preferably, based on the predetermined cutting speed of the tool and the predetermined period, the calculation means for calculating the cutting amount of the predetermined period measured by the measuring unit, The cutting depth from when it is determined that the tip has contacted the workpiece surface is set by the remaining cutting depth obtained by subtracting the cutting amount by the calculating means.
本発明によると、ノイズによる工具位置の誤検出が発生しないので、深さ精度に優れる加工を行うことができる。 According to the present invention, since erroneous detection of the tool position due to noise does not occur, machining with excellent depth accuracy can be performed.
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
図1は、本発明に係るプリント基板穴明機の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a printed circuit board drilling machine according to the present invention.
ホルダ1は図示を省略する移動手段により、図の左右(Y)及び上下(Z)方向に移動自在に支持されている。ホルダ1にはスピンドル2が固定されている。スピンドル2には、ロータシャフト3が空気ラジアル軸受4a〜4dにより回転自由に支持されると共に、空気スラスト軸受け5により軸方向に位置決めされて支持されている。ロータシャフト3には、銅材を端絡環状形成したロータ(回転子)6が配置されている。スピンドル2のロータ6に対向する位置には、コイル(固定子)7が配置されている。コイル7はインバータ電源8に接続されている。インバータ電源8は、三層電源9から入力される商用交流電圧を周波数の高い交流電圧に変換する。ロータシャフト3の先端には、ドリル10が保持されている。
The
スピンドル2の先端には、プレッシャフット20が嵌合している。プレッシャフット20は、ホルダ1に支持された1対のエアシリンダのピストンロッド21に支持され、スピンドル2に対してZ方向に移動自在である。プレッシャフット20の下端には、絶縁材料で形成されたブッシュ22が固定されている。
A
テーブル25は紙面に垂直な方向(X方向)に移動自在である。テーブル25には、導体層が表面側になるようにしてプリント基板30が固定される。プリント基板30は大地から絶縁されている。ホルダ1、プレッシャフット20及びテーブル25は接地されている。
The table 25 is movable in a direction (X direction) perpendicular to the paper surface. The printed
プリント基板30の表面導体層には軸電圧測定用のプローブ31の一端が接続されている。プローブ31の他端は、フィルタ62の入力側に接続されている。フィルタ62の出力側は比較器63の入力側に接続されている。比較器63の出力側はカウンタ64の入力側とタイマ65に接続されている。カウンタ64の出力側およびタイマ65の出力側は判定器66の入力側に接続されている。判定器66の出力側はプリント基板穴明機全体を制御するNC装置50に接続されている。なお、カウンタ64、タイマ65および判定器66はNC装置50により制御される。
One end of an axial
次に、本発明の動作を説明する。 Next, the operation of the present invention will be described.
図2は本発明の動作を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the present invention.
予め、軸電圧の閾値Vhと、軸電圧が閾値Vhを超えた回数を測定する計測期間T0と、判定回数Nと、軸電圧の測定開始位置H0と、切削速度Kと、を設定しておく。また、図示を省略するエアシリンダを動作させ、ピストンロッド21を最も突き出した状態にしておくと共に、インバータ電源8を動作させ、コイル7に電流を供給し、ロータシャフト3を回転させておく。ロータシャフト3は空気ラジアル軸受け4a〜4d及び空気スラスト軸受け5を介して(すなわち空気層を介して)スピンドル2に支持されているので、三相電源9あるいはインバータ電源8の図示を省略するスイッチがオンされると、ロータシャフト3には、軸電圧が発生する。軸電圧V0の波形は、三相電源9の周波数の電圧Vsにインバータ電源8の制御周波数の電圧Vi1及びインバータ電源8の制御周波数の3倍の周波数の電圧Vi2の波形等を重畳した波形に略等しく、例えば、三相電源9の電圧が50Hz、またインバータ電源8の電圧制御周波数が1kHzである場合、軸電圧V0の振幅は1V前後、また、Vi2の振幅は300mV前後である。
The shaft voltage threshold value Vh, the measurement period T0 for measuring the number of times the shaft voltage exceeds the threshold value Vh, the determination number N, the shaft voltage measurement start position H0, and the cutting speed K are set in advance. . Further, an air cylinder (not shown) is operated to keep the
ここでは、軸電圧として軸電圧Vi2(周波数は3kHzである。)を測定するものとし、閾値Vhを150mV、判定回数Nを3回、期間T0をVi2の4サイクル分に相当する1.5msとする。また、ドリルの先端をブッシュ22の下端から2mm上方に位置決めし、ドリル10の先端が設計上のプリント基板表面から2.5mmの高さになった位置H0を軸電圧の測定開始位置とする。また、ドリル10の先端がプリント基板の表面に接触位置をz方向の原点0とし下方をプラスとする。
Here, the shaft voltage Vi2 (frequency is 3 kHz) is measured as the shaft voltage, the threshold value Vh is 150 mV, the number of determinations N is 3, and the period T0 is 1.5 ms corresponding to 4 cycles of Vi2. To do. Further, the tip of the drill is positioned 2 mm above the lower end of the
加工する穴の深さがHである場合、NC装置50は各部を以下のように制御する。
When the depth of the hole to be processed is H, the
加工を開始、すなわちドリル10を下降させると共に、軸電圧Vi2が閾値Vhを超えた超過回数iを0にして(手順S10)、ドリル10の先端が軸電圧測定開始位置H0に到達するのを待つ(手順S20)。ドリル10の先端が軸電圧測定開始位置H0に到達したら、軸電圧Vi2が閾値Vhを超えたかどうかを確認する(手順S30)。なお、NC装置50は、軸電圧Vi2が閾値Vh未満から閾値Vhに達した場合を、軸電圧Vi2が閾値Vhを超えたと判断する(すなわち、軸電圧Vi2の立ち上がりだけをチェックする)。
Machining is started, that is, the
そして、軸電圧Vi2が閾値Vhを超えたら、超過回数iをi=i+1とすると共に、タイマ65をオンして経過時間tの計測を開始する(手順S40,50)。そして、経過時間tが計測期間T0に達するまで、予め定める期間(ここでは、20μs)毎に軸電圧Vi2が閾値Vhを超えたかどうかを確認し、軸電圧Vi2が閾値Vhを超えた場合は超過回数iをi=i+1とする(手順S60,70、80)。
When the shaft voltage Vi2 exceeds the threshold value Vh, the excess number i is set to i = i + 1, and the
経過時間tが計測期間T0に達したら、超過回数iが判定回数N以上であるかどうかを確認し、超過回数iが判定回数N未満の場合はi=0としてから手順S30の処理を行い(手順S100)、その他の場合は現在のドリル10の先端位置がz=T0×Kであるので、ドリル10を計測期間T0が終了したときの位置からさらに(H−T0・K)だけ下降させる(手順S110)。
When the elapsed time t reaches the measurement period T0, it is checked whether or not the excess number i is greater than or equal to the determination number N. If the excess number i is less than the determination number N, the process of step S30 is performed after i = 0 ( In step S100), in other cases, since the tip position of the
次に、具体例を説明する。 Next, a specific example will be described.
図3は軸電圧の測定結果を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the measurement result of the shaft voltage.
同図の場合、時刻t1において軸電圧Vi2が閾値Vhを超えるが、判定期間T0内における超過回数が1であるため、測定された軸電圧Vi2はノイズであると判定する。次に時刻t2において軸電圧Vi2が閾値Vhを超え、判定期間T0における超過回数が4回であり、判定回数N=3を超えているので、時刻t2にドリル先端がプリント基板の表面に到達したと判定する。判定期間T0においてドリルは(T0×K)だけ切り込まれているので、残りの切り込み深さを(H−T0・K)とすることにより、深さHの穴を加工することができる。 In the case of the figure, the shaft voltage Vi2 exceeds the threshold value Vh at time t1, but since the number of times of excess in the determination period T0 is 1, it is determined that the measured shaft voltage Vi2 is noise. Next, at time t2, the shaft voltage Vi2 exceeds the threshold value Vh, the number of times of excess in the determination period T0 is 4, and the number of determinations N = 3, so that the drill tip reaches the surface of the printed circuit board at time t2. Is determined. Since the drill is cut by (T0 × K) in the determination period T0, a hole having a depth H can be machined by setting the remaining cutting depth to (H−T0 · K).
加工が終了したら、ホルダ1を予め定める位置まで上昇させ、ホルダ1とテーブル25とをXY方向に移動させて、ドリル10の軸線を次の加工位置に位置決めする。
When machining is completed, the
この実施形態では、判定期間T0内におけるドリルの下降距離を考慮するようにしたので、深さ精度に優れる穴を加工することができる。 In this embodiment, since the descent distance of the drill within the determination period T0 is taken into account, a hole with excellent depth accuracy can be machined.
なお、この実施形態では、判定期間を1.5ms(電圧Vi2の4サイクル分)としたが、さらに長くあるいは短くしてもよい。 In this embodiment, the determination period is 1.5 ms (four cycles of the voltage Vi2), but it may be longer or shorter.
10 ドリル
30 プリント基板
63 比較器
64 カウンタ
65 タイマ
66 判定器
Vi2 軸電圧
Vh 閾値
T0 予め定められた期間
N 予め定められた回数
10
Claims (4)
予め前記軸電圧の閾値と、判定期間と、判定回数と、を定めておき、
前記判定期間において測定された前記軸電圧が前記閾値を超えた回数が、前記判定回数以上である場合に、前記工具の先端がワークの表面に接触したと判定する、
ことを特徴とする工具の位置検出方法。 In the method for detecting the position of the tool, the axial voltage generated in the rotor shaft having a high ground resistance is measured through the tool held on the rotor shaft to determine the position in the axial direction of the tool.
The threshold value of the shaft voltage, the determination period, and the number of determinations are determined in advance,
When the number of times that the shaft voltage measured in the determination period exceeds the threshold is equal to or greater than the determination number, it is determined that the tip of the tool has contacted the surface of the workpiece.
A tool position detection method characterized by the above.
前記判定期間と前記切り込み速度に基づき、前記判定期間に切り込まれた切り込み量を算定し、
前記工具の先端がワーク表面に接触したと判定したときからの切り込み深さを、前記算定された判定期間の切り込み量を減算した残りの切り深さにより設定する、
請求項1記載の工具の位置検出方法。 The cutting speed of the tool is determined in advance,
Based on the determination period and the cutting speed, the amount of cutting cut in the determination period is calculated,
The depth of cut from when it is determined that the tip of the tool has contacted the workpiece surface is set by the remaining depth of cut obtained by subtracting the amount of cut during the calculated determination period.
The tool position detection method according to claim 1.
測定された前記軸電圧と予め定められた閾値とを比較する比較手段と、
測定された前記軸電圧が前記閾値を超えた回数をカウントするカウント手段と、
予め定められた期間を計測する計測手段と、
前記カウント手段でカウントされた回数と予め定められた回数とを比較する判定手段と、を備え、
前記計測手段が計測する期間において前記カウント手段でカウントされた回数が予め定められた回数以上である場合に、前記工具の先端がワークの表面に接触したと判定し、
前記工具の先端がワークの表面に接触した位置を基準にして穴を加工をする、
ことを特徴とするプリント基板加工装置。 In the printed circuit board processing apparatus configured to determine the axial position of the tool by measuring the axial voltage generated in the rotor shaft having a high ground resistance through the tool held on the rotor shaft,
Comparing means for comparing the measured shaft voltage with a predetermined threshold;
Counting means for counting the number of times the measured shaft voltage exceeds the threshold;
A measuring means for measuring a predetermined period;
A determination means for comparing the number of times counted by the counting means with a predetermined number of times,
When the number of times counted by the counting means in the period measured by the measuring means is a predetermined number or more, it is determined that the tip of the tool has contacted the surface of the workpiece,
Processing a hole based on the position where the tip of the tool is in contact with the surface of the workpiece,
A printed circuit board processing apparatus.
前記工具の先端がワーク表面に接触したと判定したときからの切り込み深さを、前記算定手段による切り込み量を減算した残りの切り深さにより設定する、
請求項3記載のプリント基板加工装置。 Based on a predetermined cutting speed of the tool and the predetermined period, a calculating means for calculating the cutting amount of the predetermined period measured by the measuring means,
The cutting depth from when it is determined that the tip of the tool has contacted the workpiece surface is set by the remaining cutting depth obtained by subtracting the cutting amount by the calculation means,
The printed circuit board processing apparatus according to claim 3.
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