JP2016032841A - 画像認識装置付穴あけ加工機械の撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の画像認識装置付き穴あけ加工機は、ドリル軸と撮像機の画像系の中心軸補正をおこなうために、作業者が機械の加工範囲内にある加工ユニットに対して、補正用の板を投入し、補正用の穴あけをし、機械の撮像機で確認を複数回、繰り返し行うため、非常に効率が悪く、さらに補正用板のダミー板の穴あけ位置も作業者により自由にできるため非常に無駄がおおく、非常に効率が悪い物になっていた。【解決手段】本発明は、ドリル軸と画像系の中心軸補正用の取り外し可能なダミー板を機械内部に保持して加工可能範囲に移動させる機構を具備し、位置制御されたドリル軸で穴あけ加工後にその穴を撮像機で確認し、その中心を演算し、そのズレ量を誤差量として補正量を演算し、機械の軸制御にフィードバックする機構を具備し、その補正後にダミー板の位置を制御し、効率よく、ダミー板の未加工範囲に穴あけをすることを可能としたものである。【選択図】 図1

Description

本発明は、加工機に搭載された撮像ユニットによって、アライメント用の基準マーク等を認識し、そのマークの中心、もしくは重心を基点とし、演算を行い、加工機械に設定された任意の位置に加工を行う画像認識装置付き加工機械において、撮像ユニットの中心軸と加工ユニットの中心軸との移動に対する誤差量から補正量を演算し、その加工機械の軸の移動量に補正をするために、自動で補正用のダミー板を供給する装置に関する。

一般にプリント配線板の製造においては、撮像ユニットによってプリント配線板に設けられたアライメント用の基準マークを認識し、そのマークの中心、もしくは重心を基点とし、演算を行い、加工機械に設定された任意の位置に、ドリル加工ユニットやパンチ加工ユニット、もしくはレーザー加工ユニットで穴あけ加工もしくはレーザー加工を行う画像認識装置付き加工機械が実用化されている。
従来、画像認識装置付き穴あけ加工機のような、撮像ユニットと加工ユニットが、搭載されている加工機械においては、撮像ユニットの中心軸が基点となり、動作しているため、実際に、アライメント用の基準マークを認識し、そのマークの中心、もしくは重心を基点とし、演算を行い、加工機械に設定された任意の位置に穴あけ加工する作業を行う前段取りにおいて、加工ユニットの中心軸と撮像ユニットの中心軸を合致させる必要がある。
そのため、作業者が軸補正用のダミー板を加工機械の撮像ユニットの視野範囲に挿入し、補正穴加工開始スイッチを起動させ、加工ユニットで穴あけ加工を行い、加工機械の制御プログラムにより、撮像ユニットを穴あけ加工した位置に移動させ、その穴を認識させ、その穴の中心、もしくは重心を演算し、撮像ユニットの中心軸と加工された穴の中心のズレ量を演算し、その撮像ユニットの中心軸と加工ユニットの中心軸の移動に対する誤差量から、補正量を演算し、加工機械の軸の移動量に補正をしている。
特開平5-138503号公報

従来、画像認識装置付き穴あけ加工機のような、撮像ユニットと加工ユニットが、搭載されている加工機械においては、実際の穴あけ加工前に、加工ユニットの中心軸と撮像ユニットの中心軸の移動に対する誤差量を補正しなければならない。そのため、作業者がその誤差量を補正するために、補正用のダミー板を加工機械の撮像ユニットの視野範囲に挿入し、補正穴加工開始のスイッチを起動させ、加工ユニットで穴あけ加工を行い、加工機械の制御プログラムにより、撮像ユニットを穴あけ加工した位置に移動させ穴を認識させ、その穴の中心、もしくは重心を演算し、撮像ユニットの中心軸と加工された穴の中心のズレ量を演算する。そのズレ量は撮像ユニットの中心軸と加工ユニットの中心軸が移動した際に発生する誤差量であり、その誤差量から補正量を演算し、加工機械の軸の移動量に補正をしている。
この補正作業は、加工ユニットがドリル加工ユニットの場合であれば、ドリルビットをドリルユニットから交換した場合、もしくはドリルユニット自体を交換した場合や、ドリル加工条件を変えた場合、加工対象物の条件が変わった場合など、穴あけ位置がそれまでの状態と微妙に変化する場合に、行っている。
さらに加工機械の設置場所の温度変化、加工機械内部の温度変化などによっても、加工機械内部の部品が伸縮し、加工ユニットの中心軸と撮像ユニットの中心軸の移動量が変わることもあり、その場合においても、補正作業は行われている。
またパンチング加工機、レーザー加工機も消耗品の交換や加工条件の変更、加工対象物の条件の変更、加工環境の変化により同様のことが言える。
現状、この撮像ユニットと加工ユニットとの中心軸の補正作業は、作業者が補正開始スイッチを起動し、撮像ユニットを補正穴あけ開始位置に移動させ、中心軸補正用のダミー板を加工機械の撮像ユニットの視野範囲に作業者が挿入し、補正穴加工開始のスイッチを起動させることで、補正用の穴あけ加工を行う。

補正穴あけ加工完了後、加工機械の制御プログラムにより、撮像ユニットを穴あけ加工した位置に移動し、穴を認識させ、その穴の中心、もしくは重心を演算し、撮像ユニットの中心軸と加工された穴の中心のズレ量を演算し、そのズレ量を撮像ユニットの中心軸と加工ユニットの中心軸の移動に対する誤差量として、その誤差量から補正量を演算し、加工機械の軸の移動量に補正をしている。
但し、この補正作業は、補正量をより安定化させるため、予め設定されている補正完了条件に至るまで、複数回行う必要があり、作業者は、その都度、補正用のダミー板を用意し、加工機械に挿入し、ダミー板の未加工範囲を撮像ユニットで作業者自身の目視により確認し、この補正作業を行うため、予め設定されている補正完了条件に至るまで、ダミー板の未加工範囲を撮像ユニットで探しながら作業を行わなければならず、非常に効率が悪い作業となっている。
さらに補正用板のダミー板の穴あけ加工位置も、作業者により自由にできるため、穴あけ間隔を広く取ると、一枚当たりのダミー板に対して、補正用の穴あけ加工の回数が少なくなり、より多くのダミー板を必要とし、逆にその間隔を狭く取ると、すでに補正穴あけ加工を行った穴へ、重なるように穴あけ加工を行ってしまうため、撮像ユニットで穴を誤認識し、再度別の場所に穴あけ加工を行わなければならなくなったりしていた。
このように、補正穴あけ作業の時間及びダミー板に対しての補正穴加工数は作業者によっても、非常にばらつきがあり、作業効率が悪いうえ、さらにダミー板を無駄に消費していた。

本発明は上記の問題を解決したもので、加工機械自身にダミー板を搭載し、加工機械の補正穴あけ位置へ、ダミー板の位置を管理し制御することにより、ダミー板に効率的に穴あけを行い、作業効率を向上させるとともに、ダミー板の無駄を減少させ、ランニングコストを削減することを目的としたものである
本発明は、画像認識装置付き穴あけ加工機のような撮像ユニットと加工ユニットが搭載されている加工機械において、
加工ユニットの中心軸と撮像ユニットの中心軸を合致させるための、取り外し可能な補正用のダミー板を補正装置に保持する機構を具備し、
プログラムによってダミー板の移動位置を制御し、予め設定された位置へ駆動させる機能を具備し、
ダミー板への加工した位置を記憶する機能を具備し、
効率よく、ダミー板の未加工位置に穴あけ加工をすることを可能にしたものである。

本発明によれば、画像認識装置付き穴あけ加工機のような撮像ユニットと加工ユニットが搭載されている加工機械の、撮像ユニットの中心軸と加工ユニットの中心軸を合致させる事において、作業者が補正用のダミー基板を加工機械にその都度、挿入することなく行う事ができるため、作業効率が大幅に向上する。また補正用ダミー板に対する穴あけ位置もプログラムにより、位置制御した位置に、補正用の穴あけ加工を行うため、ダミー板に対し効率的に穴あけ加工することができ、ダミー板の無駄を大幅に削減でき、ラニングコストを下げることが可能である。

以下に、本発明の実施の形態を、図１を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明画像認識装置付き穴あけ加工機の撮像ユニット、ドリル加工ユニット、加工テーブル、ダミー板との配置関係を示した図である。
図1において、１１は補正用ダミー板を、補正装置に取り外し可能に保持する補正用ダミー板保持部である。
１２はダミー板保持部の補正用ダミー板を加工機械の補正穴あけ位置に、Ｘ，Ｙ軸方向で駆動するダミー板駆動部である。
１５は、ダミー板駆動部制御手段である。ダミー板駆動部制御手段１５は図２に示すような機能を持ったプログラムが搭載され、ダミー板の未加工部分が加工機械の補正穴あけ位置にくるように設定されるとともに、すでに穴あけされたダミー板の穴の位置を記憶しておき、補正演算を行う場合には、ダミー板の未加工範囲に最適の穴あけ間隔でドリル加工ユニットが加工できるようにダミー板駆動部を制御し、補正動作を実行する。
但し、ダミー板駆動部制御手段１５は画像認識装置付き加工機械の軸駆動制御部手段と一体になっても可能である。

２は補正用ダミー板、２１はダミー板の移動機構の可動方向、３はドリル加工ユニットで穴あけ加工するための加工テーブルの加工範囲（貫通穴）、４は撮像ユニット及びドリル加工ユニットが固定の間隔で取り付けられた移動ユニット、４１は移動ユニットの可動方向、５は撮像ユニット、６はドリル加工ユニット、６１はドリル加工ユニットの可動方向、７はドリル加工ユニットに取り付けられたドリルビット、８は加工テーブルである。
移動ユニット４は搭載されている撮像ユニット５で加工テーブル８上にセットされたプリント配線板のアライメント用の基準マークを認識し、その基準マークの中心、もしくは重心を演算し、それを基点とし、所定の加工位置へ移動し、ドリル加工ユニット６が上下し穴あけを行う。また加工テーブル８上のプリント配線板を移動させるために、プリント配線板を吸着固定などの方式でしっかりと固定するテーブルを設け、自在に移動させ、移動ユニット４とともに、プリント配線板自身も移動させ、所定の加工位置へ穴あけ加工する場合もある。

移動ユニット４の可動の方式等である、画像認識装置付き加工機の実際の所定位置への加工動作については、従来装置と同様であり、本発明とは直接関係ないため詳細な説明は省略する。
まず補正開始スイッチを起動すると、移動ユニット４に搭載されている撮像ユニットの中心の位置とドリル加工ユニットの中心軸を合致させるために、待機位置にあるダミー板駆動部１２を加工テーブルの加工範囲３の任意に設定されている補正穴あけ位置にダミー板の未加工位置が来るように移動させる。
ダミー板の移動完了後、補正穴加工のスイッチを起動すると、移動ユニット４に搭載されているドリル加工ユニット６を任意に設定されている補正穴位置へ移動し、ドリル加工ユニット６を可動方向６１に従って下降、上昇することにより、ドリルビット７にて補正穴あけ加工を行う。補正穴あけ加工が終了後、移動ユニット４に搭載されている撮像ユニットの中心を、設定されているドリル加工ユニットの中心位置へ移動し、その穴を認識、演算し、撮像ユニットの中心とその穴の中心とのズレ量を演算し、そのズレ量から補正量を演算する。
補正量の演算が正常に終了しなかった場合や演算が正常に終了してもそのズレ量が規定量より大きい場合には、ダミー板駆動部１２を新しい穴あけ位置に移動し、補正穴加工スイッチを起動すると再度補正量の演算が行われる。
但し、一回では補正量が安定しないため、再度、補正穴加工スイッチを起動すると、ダミー板駆動部１２がプログラムにより位置制御され、ダミー板の設定されている次の未加工位置が、加工機械に設定されている補正穴あけ位置に来るように、ダミー板を移動させ、再び補正動作を行い、補正量が予め加工機械に設定されている補正完了条件により、規定値内の誤差量に安定した所で加工機械の移動量に補正し補正作業を終了する。補正作業を終了するとダミー板が待機位置へと戻る。
補正完了の条件及び補正量の演算は、その誤差量が規定値内に収まってから、複数回、補正作業を行い、その誤差量の平均値、もしくは中央値を補正量にする、または任意の比率で乗算するなどさまざまであり、限定的なものではない。

また、補正用ダミー板は撮像ユニットで、加工された穴もしくはマーキングが確認できれば、どんな素材、どんな形状であっても可能である。
尚、ダミー板のダミー板移動機構へのセット方法は吸着で行っても、ネジで固定する方法でも可能である。
また、ダミー板の駆動部はプログラムにより位置制御され、補正穴加工後ずらしていく機構であれば、回転等の方式でも可能である。
さらに撮像ユニットについてもＸ線カメラ、ＣＣＤカメラなど、画像が認識できるものであれば全ての画像認識装置で可能であり、加工ユニットについてもスピンドル、パンチング、レーザー等全ての加工装置で可能である。
本発明が適用される撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正装置は穴あけ加工機械の中に複数搭載することも可能である。例えば撮像ユニットと加工ユニットの組合せが２セット搭載されている加工機であれば、各移動ユニットに対して、一台ずつダミー板移動機構を搭載する場合もある。

図２は、ダミー板駆動部制御手段１５に搭載されている制御プログラムの一例を示したものである。
図３は撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正装置の動作を説明する図であり上面から見た図である。
図３において、２は補正用ダミー板、３はドリル加工ユニットで穴あけ加工するための加工テーブルの加工範囲（貫通穴）、５は撮像ユニット、６はドリル加工ユニットを示す。
また図３では省略しているが、ドリル加工ユニット６にはドリルビット７が装着してある。
図２と図３により、本発明の撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正装置の動作を詳細に説明する。
補正動作が行われていない時には、図３の（１）に示すように、補正用のダミー板がプリント配線板のような加工対象物が加工機械に挿入されたときに、干渉しない場所に待機している。
補正開始スイッチを起動すると、図３の（２）に示すように、移動ユニット４に搭載されている撮像ユニットの中心の位置とドリル加工ユニットの中心軸を合致させるために移動ユニットが補正穴あけ位置に移動され、待機位置にあるダミー板駆動部１２を加工テーブルの加工範囲３の任意に設定されている補正穴あけ位置にダミー板の未加工位置が来るように移動させる。

この状態で、補正穴加工開始スイッチが押されるとダミー板に穴あけが行われる。穴あけが行われると現在の穴あけ位置が記憶され、次の穴あけ位置を未加工の座標に設定される。
図３の（３）はドリル加工ユニットに装着されているドリルビットによって、ダミー板に穴あけ加工された状態である。
ダミー板の穴あけ加工された穴は図３の（４）に示すように、撮像ユニットで認識し、その穴の中心、もしくは重心と、撮像ユニットの中心のズレ量を演算し、そのズレ量を撮像ユニットと加工ユニットの移動における誤差量として、誤差量から補正値を演算し、加工機械の軸移動に補正される。
補正完了条件に到達すれば補正作業は終了となり、補正用のダミー板は待機位置へと戻るが、補正完了条件に未到達の場合は、再度補正穴加工のスイッチを起動することにより、ダミー板駆動制御手段15によりダミー板駆動部を制御し、図３の（５）のように、補正用ダミー板が加工テーブルの加工範囲３の任意に設定されている補正穴あけ位置にダミー板の未加工位置が来るように移動させる。
図３の（６）はダミー板の未加工部分にドリル加工ユニットに装着されたドリルビットにて穴あけを行った状態を示したもので、図３の（７）は、その加工された補正用の穴を認識し、その穴の中心、もしくは重心と、撮像ユニットの中心のズレ量を演算した状態を示すものである。
上記の動作を複数回繰り返すことによって、補正完了条件に到達した段階で、加工機械の軸の移動量に補正をかけ、補正動作を終了する。
図３の（８）は補正終了後にダミー板が待機位置へ戻った状態である。

補正穴あけ加工した位置はダミー板駆動制御手段に記憶することにより、次に撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正を行う場合は未加工位置から補正穴加工が可能となっている。
本発明によれば、画像認識装置付き穴あけ加工機のような、撮像ユニットと加工ユニットが搭載された加工機械において、撮像ユニットの中心軸と加工ユニットの中心軸を合致させるために、作業者がその都度、補正用のダミー板を装置に挿入する必要がなく、自動運転の流れの中で、補正作業を行う事ができるため、作業効率が大幅に向上する。また補正用のダミー板の穴あけ位置もプログラムにより位置制御され、補正用の穴加工ができるため、ダミー板に対し、効率的に穴あけ加工することができ、ダミー板の無駄を大幅に削減でき、ランニングコストを下げることが可能である。

本発明は、各種のプリント配線板の加工事業を行う各種の産業で利用可能である。

本発明画像認識装置付き穴あけ加工機の撮像ユニット、ドリル加工ユニット、加工テーブル、ダミー板との配置関係を示した図である。 ダミー板駆動制御手段１５に搭載されている制御プログラムの一例を示したものである。 撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正装置の動作を説明する図である。

１１・・・ダミー板保持部
１２・・・ダミー板駆動部
１３・・・Ｘ軸駆動部
１４・・・Ｙ軸駆動部
１５・・・ダミー板駆動部制御手段
２・・・補正用ダミー板
２１・・・ダミー板駆動部の可動方向
３・・・加工テーブルの加工範囲
４・・・撮像ユニット及び加工ユニットが固定の間隔で取り付けられた移動ユニット
４１・・・移動ユニットの可動方向
５・・・撮像ユニット
６・・・加工ユニット
６１・・・加工ユニットの可動方向
７・・・スピンドルに装着されたドリルビット
８・・・加工テーブル

Claims (2)

1. 加工機に搭載された撮像ユニットによって、アライメント用の基準マーク等を認識し、そのマークの中心、もしくは重心を基点とし、演算を行い、加工機械に設定された任意の位置に加工を行う画像認識装置付き加工機械において、
   加工ユニットの中心軸と撮像ユニットの中心軸を合致させるための補正用のダミー板を機械内部に取り外し可能に保持するダミー板保持部と、
   ダミー板保持部のダミー板を予め設定された位置へ移動するダミー板駆動部と、
   ダミー板すでに穴あけされた穴の位置とを記憶しておき補正演算を行う場合にはダミー板の未加工範囲の新しい穴あけ位置にドリルを移動するようにダミー板駆動部を制御するダミー板駆動部制御手段と、
   を具備し、効率よくダミー板の未加工範囲に穴あけをするたことを特徴とする画像認識装置付穴あけ加工機械の撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正装置。
2. 請求項１において、ダミー板駆動部制御手段には、
   ダミー板の未加工範囲に最適の穴あけ間隔でドリル加工ユニットを移動する機能を具備しているたことを特徴とする画像認識装置付穴あけ加工機械の撮像ユニット−加工ユニット中心軸自動補正装置。
   
   

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