JP2021053792A - Drill processing device and drill processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドリルによって例えばプリント基板に穴あけを行うドリル加工装置及びドリル加工方法に関する。 The present invention relates to a drilling apparatus and a drilling method for drilling, for example, a printed circuit board with a drill.
ドリル加工装置におけるドリル折損検知機能として、従来、加工時にドリルが加工物に接触する直前の時点でドリルの物理的折損を直接的に検出するDBDD(Direct Broken Drill Detection)と呼ばれるものがある。これは、例えば、特許文献1に開示されるように、プリント基板を押さえるための構造体内に、光を投射する発光部とここからの光を受光する光センサとを取付け、両者を結ぶ光軸上に位置するドリルによる光センサへの遮光の度合いによりドリル折損を検知するものである。
本方式の欠点としては、その構造上、ドリルの先端から一定量だけ上の位置に発光部と光センサ間の光軸が形成されるため、ドリル折損が先端に生じる小さなチッピングであった場合は検知できず、折損状態で穴あけ動作を実施することになり、プリント基板の表面を荒らしてしまったり、未貫通穴が発生する点である。
Conventionally, as a drill breakage detection function in a drilling apparatus, there is a function called DBDD (Direct Broken Drill Detection) that directly detects physical breakage of a drill immediately before the drill comes into contact with a workpiece during machining. For example, as disclosed in
The disadvantage of this method is that due to its structure, the optical axis between the light emitting part and the optical sensor is formed at a position a certain amount above the tip of the drill, so if the drill is a small chipping that breaks at the tip. It cannot be detected, and the drilling operation is performed in a broken state, which roughens the surface of the printed circuit board and causes non-through holes.
上記方式の欠点を解決するものとして、加工時に工具が加工物に接触した時点で工具の物理的折損を検出するTBDD(Touch Broken Drill Detection)と呼ばれるものがある。これは、例えば、特許文献2に開示されるように、ドリルが加工対象のプリント基板に接触した時点で、スピンドルのロータシャフトに発生する軸電圧を導電性のドリルからワークに伝えられることで検出し、その検出位置と基準位置との差を比較することでドリルの折損を検知するものである。
As a solution to the drawbacks of the above method, there is a method called TBDD (Touch Broken Drill Detection) that detects the physical breakage of the tool when the tool comes into contact with the workpiece during machining. This is detected, for example, as disclosed in
また、ロータシャフトと静電結合する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し、ドリルが被加工物に当接する位置の正常性を基準位置と比較し、ドリル折損を判定する方式が例えば特許文献3に開示されている。
この方式の場合、ドリルをスピンドルに装着する毎に当該ドリルにおける正常な基準位置を事前に把握しておく動作が必要であり、ドリル折損の判定処理が複雑になる。また、この方式の場合、基準位置として所定の幅を設ける必要があるが、この幅が誤判定の原因にもなる。
In addition, the change in the capacitance of the capacitor between the rotor shaft and the ground detected by the electrostatically coupled electrode is detected, the normality of the position where the drill contacts the workpiece is compared with the reference position, and the drill breakage is prevented. The determination method is disclosed in, for example,
In the case of this method, it is necessary to grasp the normal reference position of the drill in advance every time the drill is mounted on the spindle, which complicates the process of determining the breakage of the drill. Further, in the case of this method, it is necessary to provide a predetermined width as a reference position, and this width also causes an erroneous determination.
最近、ドリル寿命を向上させるため、ドリル刃先部の全体を絶縁体となるダイヤモンド被膜で覆うものが増えてきている。このドリルを使う場合、ドリルがプリント基板に接触してもスピンドルのロータシャフトに発生する軸電圧はワークに伝わらないので、特許文献2の方式を使えない。
そこで本発明は、ダイヤモンド被膜の如き絶縁体でドリル刃先部の全体を覆うドリルを使用するドリル加工において、ドリル折損を確実に検知することを目的とするものである。
Recently, in order to improve the life of a drill, an increasing number of drill bites are covered with a diamond coating as an insulator. When this drill is used, the method of
Therefore, an object of the present invention is to reliably detect a drill breakage in a drilling process using a drill that covers the entire drill bit edge portion with an insulator such as a diamond coating.
上記課題を解決するため、本願において開示される発明のうち、代表的なドリル加工装置は、モータ一体型のスピンドルを備え、当該スピンドルのロータシャフトに装着されるドリルによってテーブル上に載置された被加工物に穴あけを行うようにしたドリル加工装置において、前記スピンドルの固定子側に設けられた電極であって前記ロータシャフトと静電結合するものと、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キャパシタンス変化検出部と、当該キャパシタンス変化検出部により前記キャパシタンスの変化を検出した時点で前記ドリルが折損していると判定する制御部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, among the inventions disclosed in the present application, a typical drilling apparatus is provided with a spindle integrated with a motor, and is placed on a table by a drill mounted on the rotor shaft of the spindle. In a drilling device for drilling a work piece, between an electrode provided on the stator side of the spindle that is electrostatically coupled to the rotor shaft and the ground detected by the electrode. It is characterized by including a capacitance change detecting unit for detecting a change in the capacitance of the capacitor and a control unit for determining that the drill is broken when the change in the capacitance is detected by the capacitance change detecting unit. ..
また、本願において開示される発明のうち、代表的なドリル加工方法は、モータ一体型のスピンドルのロータシャフトに装着されるドリルによってテーブル上に載置された被加工物に穴あけを行うようにしたドリル加工方法において、前記ドリルが折損して当該折損部の金属部分が被加工物に接触した時に、前記スピンドルの固定子側に設けられた電極であって前記ロータシャフトと静電結合するものと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た時点で前記ドリルが折損していると判定することを特徴とすることを特徴とする。 Further, among the inventions disclosed in the present application, a typical drilling method is to drill a work piece placed on a table by a drill mounted on a rotor shaft of a motor-integrated spindle. In the drilling method, when the drill is broken and the metal portion of the broken portion comes into contact with the workpiece, the electrode provided on the stator side of the spindle is electrostatically coupled to the rotor shaft. It is characterized in that it is determined that the drill is broken when a change in the capacitance of the capacitor with respect to the ground is detected.
なお、本願において開示される発明の代表的な特徴は以上の通りであるが、ここで説明していない特徴については、以下に説明する実施例に適用されており、また特許請求の範囲にも示した通りである。 The typical features of the invention disclosed in the present application are as described above, but the features not described here are applied to the examples described below, and are also included in the claims. As shown.
本発明によれば、ダイヤモンド被膜の如き絶縁体で全体を覆ったドリルを使用するドリル加工において、ドリル折損を確実に検知することができる。 According to the present invention, breakage of a drill can be reliably detected in drilling using a drill whose entire surface is covered with an insulator such as a diamond coating.
図1は本発明に基づくドリル加工装置の構成を示す図である。図1での各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、ドリル加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図1において、1は穴あけ加工をすべきプリント基板、2はプリント基板1を載置する加工テーブル、4はドリルである。加工テーブル2は、プリント基板1に穴をあけようとする位置にドリル4が向くよう、テーブル駆動部5により水平方向に駆動され、位置決めされるようになっている。6はドリル4を回転させるスピンドルである。スピンドル6はインバータ7で駆動されるモータと一体型の構造となっている。8はスピンドル6を保持するスピンドルユニットで、スピンドル垂直駆動部9により垂直方向に駆動されるようになっている。
なお、ここでのドリル4は、図2に示すように、ドリル刃先部の金属部4aの表面全体が絶縁体となるダイヤモンド被膜4bで覆われたものである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a drilling apparatus based on the present invention. Each component and connecting line in FIG. 1 mainly show what is considered necessary for explaining this embodiment, and does not show all necessary for a drilling apparatus.
In FIG. 1, 1 is a printed circuit board to be drilled, 2 is a processing table on which the printed
As shown in FIG. 2, the
図1に戻って、3aはプリント基板1の上に載置された導電性シートであり、ドリル4のプリント基板1への食いつきを良くし、バリ等の発生を防止する役目をするものである。3bはドリル4がプリント基板1を突き抜けて加工テーブル2に接触するのを防止する役目をさせる下板である。ここでの被加工物としては、プリント基板1と、これを挟み込む導電性シート3aと下板3bとなるが、導電性シート3aおよび下板3bは必ずしも必要ではない。
Returning to FIG. 1,
スピンドル6の下方側には穴あけ加工時に導電性シート3aを含む被加工物を加工テーブル2に押付けるためのプレッシャフット12がシリンダ13を介してスピンドルユニット8に係合している。穴あけ加工を開始すると、当該穴位置が加工できるように加工テーブル2を位置付けし、図の状態からスピンドルユニット8を下降させていく。
スピンドルユニット8とプレッシャフット12とは垂直方向に所定の間隔を保って係合していて、スピンドルユニット8が下降する場合、プレッシャフット12は導電性シート3aの表面に当接するまではスピンドルユニット8と共に下降する。
On the lower side of the
The
プレッシャフット12が導電性シート3aの表面に当接すると、その後はプレッシャフット12がその位置にとどまり、係合状態がずれてスピンドルユニット8だけ下降し、ドリル4で穴あけができるようになっている。
一つの穴あけを終えると、スピンドルユニット8を上昇させるが、その時はプレッシャフット12も上昇させる。次の穴位置を加工する場合には、当該穴位置が加工できるように加工テーブル2を位置付けし、スピンドルユニット8を下降させるが、この場合も前と同様にプレッシャフット12も共に下降するようになっている。
When the pressure foot 12 comes into contact with the surface of the conductive sheet 3a, the pressure foot 12 stays at that position thereafter, the engaged state is displaced, and only the
When one drilling is completed, the
14はスピンドルユニット8に固定されたセンサ15とプレッシャフット12に固定されたロッド16とから構成されるずれ検出器である。このずれ検出器14はスピンドルユニット8を下降させた場合、プレッシャフット12が導電性シート3aの表面に当接し、プレッシャフット12だけがそれ以上下降できなくなって、スピンドルユニット8とプレッシャフット12の係合状態が垂直方向に互いにずれたことを検出した時、ずれ検出信号Sを出力するようになっている。
17は詳しくは後述するが、スピンドル6内に存在するキャパシタに共振が起きたことを検出する共振検出部で、ここからの共振検出信号Rは全体制御部18に送られるようになっている。
17 will be described in detail later, but is a resonance detection unit that detects that resonance has occurred in the capacitor existing in the
全体制御部18はドリル加工装置の全体を制御するものであり、その内部には、スピンドル垂直駆動部9からの送り位置情報によりドリル4の先端の現在の高さ位置を認識しながらスピンドル垂直駆動部9を制御するスピンドル駆動制御部19、テーブル駆動部5からの送り位置情報により加工テーブル2の2次元位置を認識しながらテーブル駆動部5を制御するテーブル駆動制御部20、および、ずれ検出器14でずれ検出信号Sが検出された時のスピンドル垂直駆動部9からの送り位置情報に基づき導電性シート3aの表面高さを検出し、それを記憶する表面高さ記憶部21が設けられている。
スピンドル駆動制御部19は、検出した導電性シート3aの表面高さを基準にして、止まり穴をあける場合の深さを制御したり、特開2003-1509号(段落0004)に開示されている技術を採用することで、ドリル4が導電性シート3aに接触する前後でスピンドルユニット8の送り速度を切り替えたりする。
The
The spindle
全体制御部18は、ここで説明する以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。全体制御部18は、例えばプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、その中の各構成要素や接続線は、論理的なものも含むものとする。また各構成要素の一部は全体制御部18と別個に設けられていてもよい。
The
図3は図1におけるスピンドル6の電気系に関係する部分を説明するための図である。
図3において、ドリル4を回転させるスピンドル6はインバータ7で駆動されるモータと一体型となっており、モータの回転子がドリル4を装着するロータシャフト22になっている。23はロータシャフト22と静電結合させるためにスピンドル6の固定子側にロータシャフト22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。共振検出部17は電極23を通してキャパシタに起こる共振を検出する。
FIG. 3 is a diagram for explaining a portion of the
In FIG. 3, the
図4は図3における共振検出部17を説明するための回路図である。
図4において、25は電極23とアース間で検出されるキャパシタ、26は二次側が電極23を介してキャパシタ25と接続されたトランス、27はキャパシタ25のキャパシタが小さい場合に並列共振を起こす周波数の交流を発振させる発振回路、28はキャパシタ25に並列共振が起きてトランス26の一次側の電圧が大きく変化したことを検出し、共振検出信号Rを出力する共振検出回路である。
キャパシタ25のキャパシタンスは、ドリル刃先部の金属部4aの表面全体が絶縁体となるダイヤモンド被膜4bで覆われた折損のない正常なドリル4が導電性シート3aに接触した状態では大きいが、図5に示すように折損部のダイヤモンド被膜4bが剥がれて金属部4aが導電性シート3aに接触した状態では小さくなる。
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the
In FIG. 4, 25 is a capacitor detected between the
The capacitance of the
以上の構成において、穴あけ動作においては、スピンドルユニット8が下降してドリル4が導電性シート3aに接触して穴あけ動作が行なわれる。この場合において、ドリル刃先部の金属部4aの表面全体が絶縁体となるダイヤモンド被膜4bで覆われた折損のない正常なドリル4が導電性シート3aに接触しても、電極23で検出されるキャパシタ25は共振を起こすキャパシタンスとならないので、異常を検知することはない。
しかしながら、ドリル4に折損がある場合、ドリル4の金属部4aが導電性シート3aに接触するのでキャパシタ25のキャパシタンスが小さくなって共振が起き、共振が起きたことが共振検出回路28で検出され共振検出信号Rが全体制御部18へ送出される。
全体制御部18は共振検出部17から共振検出信号Rを受信すると、ドリル4が折損していると判定し、スピンドル6を上昇させ穴あけ動作を停止させる。
In the above configuration, in the drilling operation, the
However, when the
When the
以上の実施例によれば、ドリル折損がドリル刃先部の中央部で発生した場合はもちろん、先端に生じる小さなチッピングにおいても、ドリル4の金属部4aが導電性シート3aに接触してキャパシタンスが変化するので、即座にドリル折損と判定することができる。
また、ドリルをスピンドルに装着する毎に当該ドリルにおける正常な基準位置を事前に把握しておく余分な動作は必要でなくなるので、ドリル折損の判定処理が簡単になる。
さらに、所定の幅の基準位置と比較する必要がないので、誤判定を起こす心配はなくなる。
According to the above embodiment, the metal portion 4a of the
Further, since it is not necessary to perform an extra operation of grasping the normal reference position of the drill in advance each time the drill is mounted on the spindle, the drill breakage determination process becomes simple.
Further, since it is not necessary to compare with the reference position having a predetermined width, there is no need to worry about erroneous determination.
ところで、ドリルが被加工物に当接する位置の正常性を基準位置と比較する従来の方式では、ドリルが被加工物に挿入された加工状態でのドリル折損を検出することは不可能である。このため、折損したドリルで加工が継続してしまい、加工不良部分が拡大する欠点がある。
上記実施例によれば、被加工物の構成にもよるが、加工状態でドリル折損があればキャパシタンスが変化するので、その時点で穴あけ動作を停止させることができる。従って、折損したドリルでの加工は継続せず、加工不良部分の拡大を防ぐことができる。
By the way, in the conventional method of comparing the normality of the position where the drill abuts on the work piece with the reference position, it is impossible to detect the breakage of the drill in the machined state where the drill is inserted into the work piece. For this reason, there is a drawback that machining is continued with the broken drill and the defective portion is enlarged.
According to the above embodiment, although it depends on the configuration of the workpiece, if the drill is broken in the machined state, the capacitance changes, so that the drilling operation can be stopped at that point. Therefore, the machining with the broken drill is not continued, and the expansion of the defective portion can be prevented.
以上、実施例の形態に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記実施例においては、共振検出部17は二次側をキャパシタ25に接続したトランス26を使用したが、キャパシタ25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4の金属部4aが導電性シート3aに接触することによって、そのキャパシタ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。
Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments of the examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. However, various modifications are included.
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施例においては、キャパシタ25に共振を起こさせて、キャパシタンスの変化を検出するものであるが、共振を起こさせない方法でキャパシタンスの変化を検出しても良い。
例えば、キャパシタ25に交流を与えてその両端電圧を監視し、ドリル4と導電性シート3aとの接触によってキャパシタ25のキャパシタンスが下がり、両端電圧が下がったことを検出するようにしても良い。
また、上記実施例においては、導電性シート3aがプリント基板1の上に載置されている場合であるが、導電性シート3aが載置されずプリント基板1の内層に導電層が形成されていても、ドリル4の金属部4aがプリント基板1に接触すればキャパシタ25のキャパシタンスが変化し、ドリル折損を検知することができる。
Further, in the above embodiment, the
For example, alternating current may be applied to the
Further, in the above embodiment, the conductive sheet 3a is placed on the printed
1:プリント基板、2:加工テーブル、3a:導電性シート 4:ドリル、
4a:金属部、4b:ダイヤモンド被膜、5:テーブル駆動部、6:スピンドル、
7:インバータ、8:スピンドルユニット、9:スピンドル垂直駆動部、
12:プレッシャフット、14:ずれ検出器、17:共振検出部、18:全体制御部、
19:スピンドル駆動制御部、20:テーブル駆動制御部、21:表面高さ記憶部、
22:ロータシャフト、23:電極、25:キャパシタ、26:トランス、
27:発振回路、28:共振検出回路、
1: Printed circuit board 2: Processing table, 3a: Conductive sheet 4: Drill,
4a: Metal part, 4b: Diamond coating, 5: Table drive part, 6: Spindle,
7: Inverter, 8: Spindle unit, 9: Spindle vertical drive unit,
12: Pressure foot, 14: Deviation detector, 17: Resonance detector, 18: Overall control unit,
19: Spindle drive control unit, 20: Table drive control unit, 21: Surface height storage unit,
22: Rotor shaft, 23: Electrode, 25: Capacitor, 26: Transformer,
27: Oscillation circuit, 28: Resonance detection circuit,
Claims (10)
The drilling method according to any one of claims 6 to 9, wherein the entire cutting edge portion of the drill is covered with a diamond coating.
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