JP2015223685A - 加工方法および加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】工具が連結されるロータシャフトをモータの回転子としたスピンドルを下降させることによって、前記工具の先端が非加工物に接触したことを検知するようにした加工装置において、スピンドルモータを駆動するインバータの制御方式に制約を受けないで、工具と非加工物との接触を検出できるようにする。【解決手段】ロータシャフトと静電結合させるためにスピンドルの固定子側に取付けられた電極と、前記工具先端が前記非加工物に接触した時に前記電極で検出されるアースとの間のキャパシタのキャパシタンスの変化を検出する回路系と、前記キャパシタンスの変化を検出したら前記工具先端が非加工物に接触したと判定する制御部とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、例えばドリルによってプリント基板に穴明けを行う場合に使用する加工方法及び加工装置に関する。
工具としてドリルを用いた加工装置における工具折損検知機能として、従来、例えば、特許文献１に開示されるような方式がある。
特許文献１においては、ドリルが加工対象のプリント基板に接触した時点で、モータ内蔵型スピンドルのロータシャフトに発生する軸電圧が小さくなるので、その変化をとらえ、ドリルがプリント基板に接触したことを検出するものである。
軸電圧の変化を検出する上記方式の欠点としては、スピンドルモータを駆動するインバータの制御方式に制約を受けることである。すなわち、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式のものでは軸電圧の変化が微小であり、検出困難な場合があることである。また、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）方式のものでは、軸電圧の周期が数ｋHz〜数十ｋHzであり、検出に時間がかかることである。
そこで本発明は、工具が連結されるロータシャフトをモータの回転子としたスピンドルを下降させることによって、前記工具の先端が非加工物に接触したことを検知するようにした加工装置において、スピンドルモータを駆動するインバータの制御方式に制約を受けないで、工具と非加工物との接触を検出できるようにすることを目的とするものである。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の加工装置においては、工具が連結されるロータシャフトをモータの回転子としたスピンドルを下降させることによって、前記工具の先端が非加工物に接触したことを検知するようにした加工装置において、前記ロータシャフトと静電結合させるためにスピンドルの固定子側に取付けられた電極と、前記工具先端が前記非加工物に接触した時に前記電極で検出されるアースとの間のキャパシタのキャパシタンスの変化を検出する回路系と、前記キャパシタンスの変化を検出したら前記工具先端が非加工物に接触したと判定する制御部とを備えることを特徴とする。
また請求項２に記載の加工装置においては、請求項１に記載の加工装置において、前記回路系は、前記工具先端が前記非加工物に接触した時に前記キャパシタを含む回路に共振を起こさせてキャパシタンスの変化を検出することを特徴とする。
また請求項３に記載の加工方法においては、工具が連結されるロータシャフトをモータの回転子としたスピンドルを下降させることによって、前記工具の先端が非加工物に接触したことを検知するようにした加工方法において、前記ロータシャフトと静電結合させるためにスピンドルの固定子側に取付けた電極でアースとの間のキャパシタのキャパシタンスの変化を検出し、当該キャパシタンスの変化を検出したら前記工具先端が前記非加工物に接触したと判定することを特徴とする。
また請求項４に記載の加工方法においては、請求項３に記載の加工方法において、前記キャパシタを含む回路に共振を起こさせてキャパシタンスの変化を検出することを特徴とする。
本発明によれば、工具が連結されるロータシャフトをモータの回転子としたスピンドルを下降させることによって、前記工具の先端が非加工物に接触したことを検知するようにした加工装置において、スピンドルモータを駆動するインバータの制御方式に制約を受けないで、工具と非加工物との接触を検出できるようにすることができる。
図２は本発明の一実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。図２において、１は被加工物となるプリント基板、２はプリント基板１が載置されるテーブル、３はプリント基板１に穴明けを行うためのドリル、４はドリル３を回転させるスピンドルである。スピンドル４はインバータ５で駆動されるモータを内蔵する構造となっており、ロータシャフト６がモータの回転子となっている。７はロータシャフト６と静電結合させるためにスピンドル４の固定子側にロータシャフト６に近接して取付けられた電極で、アースとの間で検出されるキャパシタの端子でもある。８は電極７に接続された共振検出部、９は共振検出部８からの共振検出信号Ｓを受信する全体制御部である。全体制御部９は、例えばプログラム制御の処理装置によって実現され、装置各部の動作を制御するものである。
図１は図２における共振検出部８を説明するための図である。図２と同じものには同じ符号をつけてある。図１において、１０は電極７とアース間で検出されるキャパシタで、そのキャパシタンスは、ドリル３の先端がプリント基板１に接触していない状態と両者が接触した状態では大きく変動し、後者では小さくなる。
本発明では、このキャパシタンスの変動を利用するものである。１１は二次側が電極７と接続されたトランスで、その二次側がキャパシタ１０と接続された状態となる。１２はドリル３の先端がプリント基板１に接触した状態でのキャパシタ１０が並列共振を起こす周波数の交流を発振させる発振回路、１３はキャパシタ１０に並列共振が起きてトランス１１の一次側からみたインピーダンスが上がって一次側の両端電圧が下がったことを検出し、全体制御部９へ共振検出信号Sを送出する共振検出回路である。
本発明では、このキャパシタンスの変動を利用するものである。１１は二次側が電極７と接続されたトランスで、その二次側がキャパシタ１０と接続された状態となる。１２はドリル３の先端がプリント基板１に接触した状態でのキャパシタ１０が並列共振を起こす周波数の交流を発振させる発振回路、１３はキャパシタ１０に並列共振が起きてトランス１１の一次側からみたインピーダンスが上がって一次側の両端電圧が下がったことを検出し、全体制御部９へ共振検出信号Sを送出する共振検出回路である。
以上の構成において、スピンドル４を下降させていき、ドリル３がプリント基板１に接触すると、電極７で検出されるキャパシタ１０のキャパシタンスは共振を起こすキャパシタンスとなり、共振検出回路１３で共振が起きたことが検出される。全体制御部９では、共振検出部８からの共振検出信号Ｓを受信すると、スピンドル４の高さ方向送り量から認識したドリル３の先端位置と予め把握してある正常時での基準位置との差を比較することでドリル３の折損を検知する。
すなわち、全体制御部９は、上記比較により、差が許容される範囲内にあればドリル３の折損はなく、差が許容される範囲内になかったらドリル３に折損が発生していると判定する。
すなわち、全体制御部９は、上記比較により、差が許容される範囲内にあればドリル３の折損はなく、差が許容される範囲内になかったらドリル３に折損が発生していると判定する。
なお、上記実施例において、ドリル３の折損判定としては、スピンドル４を下降させていき、期待する位置になっても共振検出信号Ｓが送出されなければ、ドリル３に折損が発生していると判定するようにしても良い。
また、共振検出部８は、二次側をキャパシタ１０に接続したトランス１１を使用したが、キャパシタ１０にインダクタンスを直列に接続して直列共振回路を形成し、ドリル３のプリント基板１への接触によって、そのインピーダンスが下がって直列共振が起きたことを検出するようにしても良い。
また、上記実施例においては、キャパシタ１０に共振を起こさせて、ドリル３のプリント基板１への接触を検出するものであるが、共振を起こさせない方法で検出しても良い。例えば、キャパシタ１０に交流を与えてキャパシタ１０の両端電圧を監視し、ドリル３のプリント基板１への接触によってキャパシタ１０のインピーダンスが下がり、両端電圧が下がったことを検出するようにしても良い。
なお、工具としては、ドリルの場合を説明したが、本発明は他の工具でも適用できることは明らかである。
１：プリント基板、２：テーブル、３：ドリル、４：スピンドル、５：インバータ、
６：ロータシャフト、７：電極、８：共振検出部、９：全体制御部、
１０：キャパシタ、１１：トランス、１２：発振回路、１３：共振検出回路、
Ｓ：共振検出信号
６：ロータシャフト、７：電極、８：共振検出部、９：全体制御部、
１０：キャパシタ、１１：トランス、１２：発振回路、１３：共振検出回路、
Ｓ：共振検出信号
Claims (4)
- 工具が連結されるロータシャフトをモータの回転子としたスピンドルを下降させることによって、前記工具の先端が非加工物に接触したことを検知するようにした加工装置において、前記ロータシャフトと静電結合させるためにスピンドルの固定子側に取付けられた電極と、前記工具先端が前記非加工物に接触した時に前記電極で検出されるアースとの間のキャパシタのキャパシタンスの変化を検出する回路系と、前記キャパシタンスの変化を検出したら前記工具先端が非加工物に接触したと判定する制御部とを備えることを特徴とする加工装置。
- 請求項１に記載の加工装置において、前記回路系は、前記工具先端が前記非加工物に接触した時に前記キャパシタを含む回路に共振を起こさせてキャパシタンスの変化を検出することを特徴とする加工装置。
- 工具が連結されるロータシャフトをモータの回転子としたスピンドルを下降させることによって、前記工具の先端が非加工物に接触したことを検知するようにした加工方法において、前記ロータシャフトと静電結合させるためにスピンドルの固定子側に取付けた電極でアースとの間のキャパシタのキャパシタンスの変化を検出し、当該キャパシタンスの変化を検出したら前記工具先端が前記非加工物に接触したと判定することを特徴とする加工方法。
- 請求項３に記載の加工方法において、前記キャパシタを含む回路に共振を起こさせてキャパシタンスの変化を検出することを特徴とする加工方法。
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| JP2006281353A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Hiroshima Univ | 工具の先端位置検出方法、ワークの加工方法および摩耗状態検出方法 |
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