JP2015112671A

JP2015112671A - 加工装置

Info

Publication number: JP2015112671A
Application number: JP2013255523A
Authority: JP
Inventors: 松本　清; Kiyoshi Matsumoto; 清松本; 敏広須田; Toshihiro Suda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-22
Also published as: CN104717836A

Abstract

【課題】比較的簡単な構成で周囲温度に起因して生じる加工位置の位置ズレを補正できる加工装置を提供すること。
【解決手段】移動距離検出手段が組み込まれた移動ユニット１，１’と、移動ユニット１に搭載された撮像装置３及び加工手段２と、移動ユニット１とは異なる平面に設けられ、被加工材を保持する移動テーブル５と、移動テーブル５の平面上に配置され、既知の間隔値にある複数の距離基準マーク６ａが形成された位置補正用基準部材６とを有する加工装置であって、位置補正用基準部材６の温度を検出する温度センサ１３と、温度センサ１３からのデータに基づいて位置補正用基準部材６の距離基準マーク６ａの設定値の間隔値を補正する手段とを有し、位置補正用基準部材６が熱膨張係数が既知の材料で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板等のワークを加工する加工装置に係り、特に、周囲温度に起因して生じる加工位置の位置ズレを補正する技術に関する。

電子部品を実装するために使用されるプリント基板は、製作の段階で、ガイドピン打ち込み用のガイド穴、露光機による露光作業を行う際のアライメント用の穴、ピンラミネーション用の穴、内層材用の穴等を明ける作業を行う。このような穴明け作業は、極めて高い精度が要求される。

このため、特許文献１に見られるように撮像装置及び加工具が搭載された移動ユニットと、移動ユニットを一次元方向にスライド移動させる駆動手段と、移動ユニットの一次元位置を検出する位置検出手段と、を具備し、移動ユニットに搭載された加工具をワーク上の所望位置へ移動させた後、加工具を動作させてワークの所望位置を加工するように構成されたワークの加工装置において、既知間隔にある２つの基準位置マークが形成された位置補正用基準部材を一次元方向に沿って配置し、位置補正用基準部材に形成された基準位置マークを、移動ユニットに搭載された撮像装置で撮像して、基準位置マーク間の距離をリニアスケール又はロータリエンコーダで測定し、この測定された距離に対する設定値の比率に基づいて、位置検出手段で測定される加工工具による加工位置を補正することが提案されている。

特許第４３４３３９１号明細書

ロータリーエンコーダを装備したサボモータとボールネジにより駆動されるプリント配線板穴開け加工機の移動ユニットでは、大きな加減速及び高速度の送り運転と多品種少量ロットに起因する頻繁な作業変更により運転状態が大幅に変動するため規定の温度を維持しての運転が困難である。つまり装置全体が発熱して温度が変化する。

送り軸であるボールネジの温度変化に起因する熱伸縮により発生する長さの変化はリニアースケールを使用しない駆動軸では位置ズレ、加工精度の低下という欠陥を有する。

すなわち、装置を構成する直交配置された複数の移動軸が同時に移動加工装置やプリント配線板保持テーブルを駆動すると、それぞれの移動軸に位置ズレが発生するためその交点座標値が目標のＸ、Ｙ座標値に対して位置ズレを生じる。

もとよりこのような問題を解消するためには移動する各軸に高精度の距離検出手段を装備し、クローズド制御により各軸の位置決め制御を行うことにより高精度に加工を行う事は可能であるが、装置のコストが上昇するという新たな問題が発生する。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであってその目的とするところは、比較的簡単な構成で環境温度に起因して生じる加工位置の位置ズレを補正できる加工装置を提供することである。

このような課題を達成するために本発明においては、基台に対して相対移動させる手段を備えた移動ユニットと、移動ユニットに搭載された撮像装置及び加工具と、被加工材を保持する移動テーブルと、前記移動テーブルの平面上に配置され、既知の間隔値にある複数の距離基準マークが形成された位置補正用基準部材とを有し、前記位置補正用基準部材を用いて前記移動ユニットの移動距離を補正する加工装置において、前記位置補正用基準部材の温度を検出する温度センサと、前記位置補正用基準部材の距離基準マークの前記設定値の間隔値を、前記温度センサからのデータと前記位置補正用基準部材の熱膨張係数とに基いて補正する手段とを備えるようにした。

加工作業により発生する駆動機構の熱による位置ずれを常時、補正できるのでたとえ温度変化が生じても高い精度で穿孔等の加工ができる。

本発明の一実施形態に係わるガイド穴明け装置の構成を示す正面図である。本発明の一実施形態に係わるガイド穴明け装置の構成を示す平面図である。本発明の位置補正用基準部材の一実施例を示す平面図である。制御装置の一実施例を示すブロック図である。

そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１、２は本発明の加工装置の実施例を示すものであって、大略、特許文献１等に見られるようにＸ、Ｙ軸方向へ移動する移動ユニット１、１’と、移動ユニット１、１のそれぞれに搭載された加工手段２、２’と後述する位置補正用基準部材６の基準マークを検出するための撮像装置３、３’と、この移動ユニット１，１’とは独立して移動し、プリント基板４を保持する移動テーブル５、この移動テーブル５に配置される前述の位置補正用基準部材６とを備えている。

そして、位置補正用基準部材６には既知の間隔で複数の基準マーク６ａ、６ａが直交軸に沿うように形成されており、これら基準マーク６ａ、６ｂの各軸方向の距離を撮像装置４、４’と後述する位置検出手段とにより計測して加工装置の歪による位置誤差を補正しながら移動ユニット１，１’の位置決め制御を行って加工手段２、２’によりプリント基板４の規定位置に加工を施すように構成されている。

移動ユニット１、1'は、サボモータ８、８’、９、９’とこれに内蔵されているロータリーエンコーダと、サボモータ８、８’、９、９’に直結したボールネジ１０、１０’、１１，１１’とこれに取り付けられた図示しないリニアーエンコーダとを備えている。

なお、加工手段２、２’は、この実施例ではドリル刃２ａ、２ａ’をモータ２ｂ，２ｂ’により駆動されるボールねじ２ｃ，２ｃ’で移動テーブル５に垂直に移動するように構成されている。加工手段としてはレーザー、切断、パンチ、研磨手段などを使用することができる。
また移動テーブル５は、上記２軸方向の一方の軸に平行に独立に移動するようにサボモータ１２で駆動されるボールねじ１２ａに接続されている。

撮像装置３，３’により基準マーク６ａ、６ａを検出し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれの方向、つまり格子状に位置する複数の基準マーク６ａ、６ａに移動するに要する距離を前記ロータリーエンコーダとリニアーエンコーダとにより検出、測定する。

ところで本発明においては位置補正用基準部材６の温度を計測するための手段、この実施例では図３に示したように温度センサ１３が設けられている。
この温度センサ１３により位置補正用基準部材６の温度を検出して位置補正用基準部材６の基準マーク間のこの環境下でのＸ軸方向、Ｙ軸方向それぞれの距離を検出して温度変化等による歪を補正する。

すなわち、位置補正用基準部材６の基準マーク６ａ，６ａ（基準温度での距離をＬとする）を移動ユニット１，１’に装備した撮像装置３，３’により撮影検出して、この距離Ｌをサボモータ８、８’、９、９’のロータリーエンコーダや１０、１０’、１１，１１’のリニアエンコーダ等の距離計測手段で測定し、この距離Ｌに対して計測時の位置補正用基準部材６の温度を温度センサ１３により検出し、位置補正用基準部材６を構成する材料の熱膨張係数αを参考にして
ΔＬ＝ＬαΔＴ …… （１）
(ただし、ΔＬは補正基準マーク寸法変化量を、Ｌは基準マーク間の距離を、αは熱膨張係数を、ΔＴは、基準温度と距離測定時の温度差をそれぞれ表す)
なる関係で位置補正用基準部材６の寸法変化量ΔＬを計算して計測結果を補正する。

図４は上記加工装置１の制御装置の一実施例を示すものであって、端末装置、例えばタッチパネル表示設定部２０を介して指令を行うと、温度センサ１３からのデータに基づいて温度検出部２１が位置補正用基準部材６の温度を検出し、撮像装置３，３’からのデータを画像処理部２２で処理しつつ移動ユニットト１，１’を規定量、つまり２軸方向それぞれの複数の基準マーク間の移動量（移動ユニット１，１’の移動ユニット）とから位置補正用基準部材６の基準マーク間の距離を測定し、座標値伸縮量演算部２３で前記式（１）に基づいて位置補正用基準部材６の基準マーク間の距離を補正する。

このようにして得た現時点の温度環境での歪を補正して穿孔位置設定部２４の加工データに基いて各軸駆動軸制御部２５によりサボモータ駆動部２６、ドリル駆動部２７を介して移動ユニット１，１’を移動させ、所定位置で加工装置２，２’を昇降させて穿孔を行う。

本発明においては加工工具と被加工物との直交する２軸の移動方向のそれぞれ方向に複数の基準マークを有する位置補正用基準部材６を用いて各軸方向の環境温度での歪を補正するため、精度の高い加工ができる。

なお、上述の実施例においては位置補正用基準部材自体に温度センサ１３を設けて位置補正用基準部材６の温度を検出しているが、放射温度計等により非接触方式で位置補正用基準部材６の温度を測定したり、加工装置の、位置補正用基準部材６とほぼ同一の温度になる領域に温度センサを配置しても同様の作用効果を奏することは明らかである。

また、上述の実施例においては加工装置と撮影装置とを備えた移動ユニットを複数使用しているが、単一であっても加工同様の作用を奏することは明らかである。

１、１’ 移動ユニット２、２’ 加工手段３、３’ 撮像装置４プリント基板５移動テーブル６位置補正用基準部材６ａ基準マーク８、８’、９、９’ サボモータ１０、１０’、１１，１１’ ボールネジ１３温度センサ

Claims

基台に対して相対移動させる手段を備えた移動ユニットと、
移動ユニットに搭載された撮像装置及び加工具と、
被加工材を保持する移動テーブルと、
前記移動テーブルの平面上に配置され、既知の間隔値にある複数の距離基準マークが形成された位置補正用基準部材とを有し、前記位置補正用基準部材を用いて前記移動ユニットの移動距離を補正する加工装置において、
前記位置補正用基準部材の温度を検出する温度センサと、
前記位置補正用基準部材の距離基準マークの前記設定値の間隔値を、前記温度センサからのデータと前記位置補正用基準部材の熱膨張係数とに基いて補正する手段とを有する加工装置。
前記移動ユニットはサボモータにロータリーエンコーダを有し、またボールネジにリニアーエンコーダを付加した請求項１に記載の加工装置。
前記加工具は、ドリル、レーザー、切断、パンチ、研磨手段のいずれかである請求項１または２に記載の加工装置。