JP3550462B2

JP3550462B2 - 板状ワークの穴明け方法及び穴明け装置及び穴位置検出方法及び穴位置検出装置

Info

Publication number: JP3550462B2
Application number: JP20242396A
Authority: JP
Inventors: 努斉藤
Original assignee: Seiko Precision Inc
Current assignee: Seiko Precision Inc
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-07-31
Also published as: KR100221895B1; KR980008571A; JPH1043917A; TW334368B

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
この発明は、プリント基板などの板状ワークの穴明け方法及びその装置と穴位置検出方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パターンが形成された基板（内層板）を複数枚重ね合わせて固着することにより１枚の多層プリント基板が製造されている。このとき、各基板のパターン同士の位置がずれると、多層基板として所望の機能を果たし得ず不良となるので、各基板の所定の位置に少なくとも２個のガイド穴を設け、このガイド穴に治具のガイド軸を挿通することによって各基板を位置合わせしている。このように、各基板にそれぞれ設けられた複数のガイド穴は、重ね合わせられる基板の位置精度を決める基準になるので、高精度が要求される。
【０００３】
このような基準穴を穴明けする方法として、回路パタ−ンを印刷する際に予め識別用のマ−クを付しておき、このマ−クを穴明け装置に設けられたＣＣＤカメラやＸ線カメラなどの撮像手段によって撮像し、これを画像処理して、その結果求められたマークの中心位置に、またはこの中心位置から所定間隔離れた位置にドリルなどの穴明け手段を移動させて穴明けが行われている。
【０００４】
このような穴明けを行う装置として、プリント基板の識別用マ−クの位置に対向するように撮像手段を有し、この撮像手段とは離れた位置に複数の穴明け手段を有するものがある。これは、識別用マークの中心位置と穴明け位置とが一致しない場合に用いられるもので、予め、穴明け手段が穴明け位置とおおよそ対向するように配置するとともに撮像手段と穴明け手段との位置関係を定めておき、マークの撮像結果と撮像手段及び穴明け手段の位置関係とに基づいて、穴明け手段と穴明け位置とのずれを求め、これを厳密に一致させるように微調整して穴明けするものである。この動作を複数個所同時に行い、複数の穴明け手段により同時に多数の穴を明けることができる。
【０００５】
他の穴明け装置としては、撮像手段と穴明け手段とがユニット化され一体化されており、順次穴明け位置に移動するものもある。
【０００６】
また、画像処理によらず数値制御で穴明けを行う場合には、正確な位置に穴明けがなされたかどうか確認することが望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると、前者の場合は撮像手段と穴明け手段との位置関係を正確に設定する必要があり、これは撮像手段や穴明け手段の位置が変位した場合などはその都度修正が必要であるため環境の変化などに弱く、経時的に精度低下し易いものである。
【０００８】
また後者の場合は、ユニット化された撮像手段及び穴明け手段を各穴明け位置に順次移動させるため、このユニットを広い範囲にわたって非常に精度よく移動させる必要があり、高精度なＸＹ移動手段（ＸＹテーブル）が必要となり高価なものとなる。
【０００９】
また、既にワークに設けられている孔部の位置を測定する場合、撮像手段をＸＹ移動手段に搭載して、これを孔部の位置まで移動させて撮像し、画像処理によって撮像領域内における孔部の中心位置を求めている。そして、ＸＹ移動手段の作動量と、撮像領域内における孔部の中心位置とに基づいて、ワーク上における孔部の中心位置を求めている。しかし、前記と同様に、撮像手段を広い範囲にわたって精度よく移動させる必要がある。ＸＹ移動手段の作動量が中心位置検出のための演算のデータとなるため、ＸＹ移動手段の作動誤差があると確実に位置検出精度が低下する。そのため、大型でできるだけ精度のよいＸＹ移動手段が必要であり、コストの高いものとなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、板状ワークの穴明けおよび穴位置検出のいずれの場合にも、ＸＹ移動手段の作動量は演算のためのデータとしては用いず、移動後に撮像した治具板の基準穴を基準としている。そのため、ＸＹ移動手段自体は高い精度を要求されず、安価なものが使用可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る穴明け方法は、少なくとも３つ以上の基準穴が配設された治具板を用い、１対の識別用マ−クが設けられた板状ワークを、マークが基準穴のうちのいずれかの内側に位置するように治具板と重ね合わせて一体的に保持し、１対のマークを基準穴を介してそれぞれ撮像し、画像処理によって基準穴の中心とマークの中心とを検出し、この検出結果と予め判明している基準穴間の間隔とに基づいて、治具板とワークとの相対位置関係を求め、マークと対向するもの以外の基準穴を介して所望の穴明け位置が撮像手段の撮像範囲に入るように、ワークを撮像手段に対し相対的に移動した後、撮像手段により撮像し、その後、穴明け位置と実質的に対向する基準穴の中心を画像処理によって検出し、この検出結果と、予め判明しているマークと対向する基準穴と穴明け位置と対向する基準穴との間の間隔と、治具板とワークとの相対位置関係とに基づいて、ワークの穴明け位置を求め、穴明け手段によって、治具板の基準穴を介してワークの穴明位置に穴明けするものである。
【００１２】
そして、そのための穴明け装置は、１対の識別用マ−クが設けられた板状ワークと一体的に保持される治具板と、治具板に少なくとも３つ以上設けられており、そのうちの少なくとも２つは１対のマークとそれぞれ実質的に対向可能であり、その他にワークの所望の穴明け位置と実質的に対向可能なものを含み、互いの位置関係が予め判明している基準穴と、基準穴とマークとを撮像する撮像手段と、ワークを撮像手段に対し相対的に移動する移動手段と、撮像手段の撮像結果に基づいて、基準穴の中心位置及びマークの中心位置を求める画像処理手段と、マークと実質的に対向する基準穴の中心位置とマークの中心位置と予め判明している基準穴間の間隔とに基づいて、治具板とワークとの相対位置関係を求め得るとともに、穴明け位置と実質的に対向する基準穴の中心位置と、予め判明しているマークと対向する基準穴と穴明け位置と対向する基準穴との間の間隔と、治具板とワークとの相対位置関係とに基づいて、ワークの穴明け位置を算出し得る演算手段と、治具板の基準穴を介してワークの穴明位置に穴明けする穴明け手段とを有している。
【００１３】
また、穴位置検出方法は、上記の穴明け方法と同様に治具板とワークとの相対位置関係を求めた後、基準穴を介して孔部が撮像手段の撮像範囲に入るように、ワークを撮像手段に対し相対的に移動した後、上記撮像手段により撮像し、その後、上記穴孔部と上記基準穴の中心を画像処理によって検出し、この検出結果と、予め判明している上記マークと対向する基準穴と上記穴明け位置と対向する基準穴との間の間隔と、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係とに基づいて、上記ワーク上における上記孔部の位置を求めるものである。
【００１４】
そしてその装置は、１対の識別用マ−クと孔部とが設けられた板状ワークと一体的に保持される治具板と、治具板に少なくとも３つ以上設けられており、そのうちの少なくとも２つは１対のマークとそれぞれ実質的に対向可能であり、その他に孔部と実質的に対向可能なものを含み、互いの位置関係が予め判明している基準穴と、基準穴とマークと孔部とを撮像する撮像手段と、ワークを撮像手段に対し相対的に移動する移動手段と、撮像手段の撮像結果に基づいて、基準穴の中心位置及びマークの中心位置及び孔部の中心位置を求める画像処理手段と、マークと実質的に対向する基準穴の中心位置とマークの中心位置と予め判明している基準穴間の間隔とに基づいて、治具板とワークとの相対位置関係を求め得るとともに、孔部と実質的に対向する基準穴の中心位置と、孔部の中心位置と、予め判明しているマークと対向する基準穴と孔部と対向する基準穴との間の間隔と、治具板とワークとの相対位置関係とに基づいて、ワーク上における孔部の位置を算出し得る演算手段とを有している。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
本発明に係る穴明け装置の正面図を図１に、平面図を図２に、ブロック図を図３に示している。ベース２にはＸＹ移動手段３が設けられている。すなわち、図示しないモータ等に駆動されて、テーブル７はベース２上に設けてあるレール８に沿って図面左右方向に移動可能である。また、図示しないもう一つのモータ等に駆動されて、作業テーブル１はテーブル７上に設けてあるレール１１に沿って図２上下方向に移動可能である。したがって、作業テーブル１はベース２上でＸＹ方向に広い範囲にわたって移動自在である。作業テ−ブル１上には、基板（板状ワーク）Ｐを固定するとともに穴明けの基準となる治具板４が、蝶番９によって開閉自在に取り付けられている。
【００１６】
作業テ−ブル１の上方にはベ−ス２に取付られている１対の撮像手段５（取付手段については省略する。）があり、１対の撮像手段５の一方は実質的に固定的に取り付けられており、他方の撮像手段は様々なサイズの基板に対応できるように、移動可能に設けてある。
【００１７】
作業テーブルの下方には、固定側の撮像手段と対向する位置に単一の穴明け手段６がある。穴明け手段６は小型のＸＹ移動手段１０上に設けられており、ＸＹ方向に微小な範囲で移動可能である。ＸＹ移動手段１０はＸＹ移動手段３と実質的に同一構成であるが、その移動範囲が小さいものである。
【００１８】
治具板４には、内部に基板Ｐの識別マークＭが位置するように設けられている基準穴Ａ１と、基板の穴を明けるべき位置に設けられている基準穴Ａ２とを有する。本実施例では、図２に示すように、左右に１個ずつの基準穴Ａ１と、治具板４の上辺に沿って３個、下辺に沿って３個の基準穴Ａ２とを有している。前述の通り、治具板４は蝶番９によって開閉可能であるが、蝶番９によって治具板４を開いた状態を、図１の左側に破線で示している。この状態において作業テーブル１上に直接基板Ｐを載置し、それから治具板を閉じることにより基板Ｐは治具板４と作業テーブル１との間に挟み込まれて固定される。こうして、基板Ｐは治具板４と一体にベース２上を移動することになる。
【００１９】
図３に示すように、これらは制御手段（ＣＰＵ）１２によって制御されており、１対の撮像手段５の撮像結果は画像処理手段１１に送られる。また、中心位置検出などのための演算を行う演算手段１３が制御手段１２に接続されている。
【００２０】
次に、本発明によって基板に穴明けする方法について説明する。まず上記の通り基板Ｐを作業テ−ブル１上にセットし、開閉可能な治具板４を閉じ、基板Ｐを固定する。これで、基板Ｐと治具板４とは一体になる。この状態で作業テ−ブル１を基板Ｐの１対の識別用マ−クＭが１対の撮像手段５の撮像領域にそれぞれ入るようにＸＹ移動手段３により移動させる。両マ−クＭがそれぞれの撮像領域に入ったらマ−クＭと治具板４の基準穴Ａ１とを同時に撮像し、画像処理手段１１及び演算手段１３により、各々の中心位置を算出する。この結果、基板Ｐと治具板４との相対的な位置関係が分かる。すなわち、図４（図４では基準穴Ａ２は省略している。）において、左側の基準穴Ａ１の中心に対するマークＭの中心の位置ずれ量が判明し、同様に右側の基準穴Ａ１の中心に対するマークＭの中心の位置ずれ量が判明する。これらに基づいて、基準穴Ａ１の中心同士を結ぶ直線に対し、マークＭ同士を結ぶ直線がどれだけずれているかが分かる。例えば、図４において、角度θ、Ｘ方向の距離ｄ（＝（ｄ１＋ｄ２）／２）だけずれており、詳述しないがＹ方向にもずれていることが分かるが、これが位置ずれ量であり、治具板４と基板Ｐとは図５に示すような位置関係にあることが判明する。
【００２１】
次に、基準穴Ａ２が固定側の撮像手段５の撮像領域内に入るように、基板Ｐを移動する。この時、基板Ｐの穴明けすべき位置（ここではマークＭから所定間隔Ｌ１だけ離れた位置に穴明けするようになっている。）は基準穴Ａ２内に位置している。そこで、治具板４の基準穴Ａ２を撮像手段５により撮像しその中心位置を画像処理手段１１及び演算手段１３により求める。治具板４の基準穴Ａ１と基準穴Ａ２との位置関係Ｌ２は予め判明しており、治具板４と基板Ｐの位置関係も分かっているので、基準穴Ａ２内における穴明けすべき位置Ｈが判明する。そこで制御手段１２がＸＹ移動手段１０を作動して、穴明け手段６が穴明けすべき位置Ｈと対向するように微調整して、穴明けを行う。
【００２２】
複数個の穴を明ける場合は、順次基板Ｐを移動させ、治具板４の基準穴Ａ２を計測し、その位置に基づいて穴明けすべき位置Ｈを算出し、穴明けを行う。なお、図５では基準穴Ａ１，Ａ２及びマークＭを大きめに図示するとともに、残り５個の基準穴Ａ２は省略している。
【００２３】
上記の方法によれば、治具板４の基準穴Ａ２を基準として穴明け位置Ｈを決定するので、基板Ｐの識別用マ−クＭのない位置にも精度よく穴明けが可能である。また、治具板４の各基準穴Ａ１，Ａ２は、マークＭまたは穴明け位置Ｈがその内部に存在する範囲であれば任意の位置に設けることができ、特に精度良く明ける必要はない。穴明けした後に精度よく位置測定を行ってその中心の座標値が分かっていれば良く、位置測定作業は、かなり精度よく行っても、穴明け作業に比べ簡単かつ低コストなので製造上のメリットが大きい。
【００２４】
従来の方法では、作業テ−ブルのＸＹ移動手段の作動量に基づいて穴明け位置を決定するのでＸＹ移動手段の動作に誤差が生じると致命的であり穴明け位置に狂いが生じる。これに対し本発明では、基板Ｐ移動後に治具板４の基準穴Ａ２を撮像し中心位置を検出してそれを基準として穴明け位置Ｈを決定するので、移動時に誤差が生じても問題とならない。そのため、ＸＹ移動手段３は治具板４の基準穴Ａ２が撮像領域に入り得る程度の精度であればよく、それ以上の精度は必要とされない。したがって、ＸＹ移動手段３としてそれほど精度のよくない安価なものを用いることによって、コスト削減を図ることができる。なお、穴明け手段の微調整のために高精度のＸＹ移動手段１０を用いているが、これはごく微小な移動範囲を持つ小型のものであるため、比較的安価なものである。従来は、基板移動用の大型のものと穴明け手段微調整用の小型のもののいずれも高精度のものを用いる必要があったが、本発明ではそのうちの基板移動用の大型のものを安価なものに代えることができるのでコスト削減の効果は高い。
【００２５】
治具板の材質を熱膨張係数の小さい材質を選べば熱の影響を受けない。また、基板と熱膨張係数の同じ材質で治具板を製造すれば両者が同じように伸縮するので、熱変形の影響が相殺されて無視できる。
【００２６】
上記実施例では、基板を移動しているが、基板を固定して撮像手段と穴明け手段とを一体的に移動させても良い。また、作業テ−ブルと治具板とにより基板を挟んでいるが、この方法は反りの大きい基板には適しているが、反りの小さい基板の場合は作業テ−ブルを廃止し、治具板で基板を吸着保持しても良い。また、識別用のマ−クが露出していない場合は、Ｘ線カメラを用い、その位置を透視により求めれば良い。上記実施例では、撮像手段を２台用いているが１台でも良い。
【００２７】
様々な基板Ｐに対して、マークや穴明けすべき位置と対向するように基準穴が存在するためには、治具板４に多数の基準穴を開設しておいて、そのうちのいずれかがマークと対向し、また他のいずれかが穴明けすべき位置と対向するようにすれば、様々な基板に広く対応可能である。
【００２８】
なお、上記実施例では穴明けを目的としているが、板状ワークに明けた穴の精度確認にも、同等の考え方で使用可能である。すなわち、前述のマークＭと同様に位置決めの基準となる１対のマークＭ’をワークＷに付与しておき、このマークＭ’から所定間隔だけ離れた位置に穴明けが行われているかどうかを知るために、前記と同様な治具板４を用いる。図６に示すように、治具板４の１対の穴Ａ１内にマークＭ’がそれぞれ入るようにセットして撮像し両者の中心の位置ずれを求め、治具板４とワークＷとの相対的な位置関係を求める。その後穴Ａ２が撮像可能にようにワークＷを移動し、治具板４の穴Ａ２の内部にワークに設けられた穴Ｈ’が位置する状態で撮像する。ここで穴Ａ２の中心を求めると、穴Ａ１，Ａ２の位置関係と、治具板４とワークＷとの相対位置関係とが既知であるため、撮像領域がワークＷ内のどの位置であるかが判明する。そこで、穴Ａ２中心検出と同時に求めた穴Ｈ’の中心がワークＷ内のどこに位置するかが求められる。こうやって所望の位置に穴明けされているかどうかを判定することができ、例えば、数値制御のＮＣ工作機械によって穴明けされたワークの精度を確認するための穴位置検出装置としての使用などが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ワークと一体的に保持される治具板の基準穴に基づいて穴明け位置または穴位置の検出を行っているため、ワークと撮像手段とを相対的に移動させる移動手段として比較的精度の低い安価なものが使用可能であるので、低コストで極めて高精度になる。撮像手段の交換時などにも影響を受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る穴明け装置の正面図
【図２】図１に示す穴明け装置の平面図
【図３】図１に示す穴明け装置のブロック図
【図４】ワークと治具板の位置関係を求める工程を示す説明図
【図５】穴明け位置を求める工程を示す説明図
【図６】他の実施例において穴位置検出工程を示す説明図
【符号の説明】
３ＸＹ移動手段（移動手段）
４治具板
５撮像手段
６穴明け手段
１１画像処理手段
１３演算手段
Ｐ基板（板状ワーク）
Ａ１，Ａ２基準穴
Ｈ穴明け位置
Ｈ’ 孔部
Ｍ，Ｍ’ 識別用マ−ク

Claims

少なくとも３つ以上の基準穴が配設された治具板を用い、
１対の識別用マ−クが設けられた板状ワークを、上記マークが上記基準穴のうちのいずれかの内側に位置するように上記治具板と重ね合わせて一体的に保持し、
１対の上記マークを上記基準穴を介してそれぞれ撮像し、
画像処理によって上記基準穴の中心と上記マークの中心とを検出し、この検出結果と予め判明している上記基準穴間の間隔とに基づいて、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係を求め、
上記マークと対向するもの以外の上記基準穴を介して所望の穴明け位置が上記撮像手段の撮像範囲に入るように、上記ワークを上記撮像手段に対し相対的に移動した後、上記撮像手段により撮像し、
その後、上記穴明け位置と実質的に対向する基準穴の中心を画像処理によって検出し、この検出結果と、予め判明している上記マークと対向する基準穴と上記穴明け位置と対向する基準穴との間の間隔と、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係とに基づいて、上記ワークの穴明け位置を求め、
穴明け手段によって、上記治具板の上記基準穴を介して上記ワークの上記穴明位置に穴明けする
ことを特徴とする板状ワークの穴明け方法。
１対の識別用マ−クが設けられた板状ワークと一体的に保持される治具板と、
上記治具板に少なくとも３つ以上設けられており、そのうちの少なくとも２つは１対の上記マークとそれぞれ実質的に対向可能であり、その他に上記ワークの所望の穴明け位置と実質的に対向可能なものを含み、互いの位置関係が予め判明している基準穴と、
上記基準穴と上記マークとを撮像する撮像手段と、
上記ワークを上記撮像手段に対し相対的に移動する移動手段と、
上記撮像手段の撮像結果に基づいて、上記基準穴の中心位置及び上記マークの中心位置を求める画像処理手段と、
上記マークと実質的に対向する基準穴の中心位置と上記マークの中心位置と予め判明している上記基準穴間の間隔とに基づいて、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係を求め得るとともに、上記穴明け位置と実質的に対向する基準穴の中心位置と、予め判明している上記マークと対向する基準穴と上記穴明け位置と対向する基準穴との間の間隔と、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係とに基づいて、上記ワークの穴明け位置を算出し得る演算手段と、
上記治具板の上記基準穴を介して上記ワークの上記穴明位置に穴明けする穴明け手段と
を有することを特徴とする板状ワークの穴明け装置。
少なくとも３つ以上の基準穴が配設された治具板を用い、
１対の識別用マ−クと孔部とが設けられた板状ワークを、上記マークが上記基準穴のうちのいずれかの内側に位置し、上記孔部が他の上記基準穴の内側に位置するように上記治具板と重ね合わせて一体的に保持し、
１対の上記マークを上記基準穴を介してそれぞれ撮像し、
画像処理によって上記基準穴の中心と上記マークの中心とを検出し、この検出結果と予め判明している上記基準穴間の間隔とに基づいて、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係を求め、
上記基準穴を介して上記孔部が上記撮像手段の撮像範囲に入るように、上記ワークを上記撮像手段に対し相対的に移動した後、上記撮像手段により撮像し、
その後、上記穴孔部と上記基準穴の中心を画像処理によって検出し、この検出結果と、予め判明している上記マークと対向する基準穴と上記穴明け位置と対向する基準穴との間の間隔と、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係とに基づいて、上記ワーク上における上記孔部の位置を求める
ことを特徴とする板状ワークの穴位置検出方法。
１対の識別用マ−クと孔部とが設けられた板状ワークと一体的に保持される治具板と、
上記治具板に少なくとも３つ以上設けられており、そのうちの少なくとも２つは１対の上記マークとそれぞれ実質的に対向可能であり、その他に上記孔部と実質的に対向可能なものを含み、互いの位置関係が予め判明している基準穴と、
上記基準穴と上記マークと上記孔部とを撮像する撮像手段と、
上記ワークを上記撮像手段に対し相対的に移動する移動手段と、
上記撮像手段の撮像結果に基づいて、上記基準穴の中心位置及び上記マークの中心位置及び上記孔部の中心位置を求める画像処理手段と、
上記マークと実質的に対向する基準穴の中心位置と上記マークの中心位置と予め判明している上記基準穴間の間隔とに基づいて、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係を求め得るとともに、上記孔部と実質的に対向する基準穴の中心位置と、上記孔部の中心位置と、予め判明している上記マークと対向する基準穴と上記孔部と対向する基準穴との間の間隔と、上記治具板と上記ワークとの相対位置関係とに基づいて、上記ワーク上における上記孔部の位置を算出し得る演算手段と
を有することを特徴とする板状ワークの穴位置検出装置。