JP4542046B2 - 穴開け方法及び穴開け装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プリント配線板等に基準穴を加工する穴開け装置に関する。
電子機器においては、ICチップ、抵抗、コンデンサ等の表面実装用の電子部品の小型化に伴い、これらを実装するプリント配線板も高密度化が要求されて、多層化されるものが多い。多層プリント配線板は表裏2層の外部に露出した導体層と、数層の露出しない内層の導体層で構成される。各導体層の間に絶縁性の基板が挿入され、この基板によって導体層が接着された構造となっている。
多層プリント配線板は、たとえば、予め位置決め用の少なくとも2個の基準穴が両面配線板に開けられ、この基準穴を基準にして表裏両面のパターン等が形成される。両面プリント配線板の表裏のパターンは平面的には、相互にその位置が保たれている。このように複数枚の両面配線板には同じ座標位置の基準穴を使用してパターン等が形成される。内層板となる両面プリント配線板に形成されたパターンには、単一配線板のパターンの他に、新たに設けられる基準穴用のガイドマーク及び、表裏識別用の基準穴の位置を示すガイドマークなどが複数個用意され、エッチング工程でこれらのガイドマークも形成される。
複数枚のエッチング済みの内層用両面プリント配線板を重ねて、それぞれの配線板の導体部に形成されたパターンの位置関係を正しく揃えることをレイアップ(Lay up)と言う。レイアップを行うために、複数のピンが植設された治具板が用意される。通常、ピンは既に設けられている基準穴に適合する位置に設けられる。完成した多層配線板の各層のパターンをより正確に揃えるため、新しくレイアップ用の基準穴が設けられる場合もある。
1枚のエッチング済みの両面配線板が、その基準穴に治具板のピンを挿通して治具板上に置かれる。その上に基準穴を開けられた、加熱前の基板材料(プリプレグと呼ばれる)が載せられる。更に他の1枚の両面配線板が、その基準穴に治具板のピンを挿通して治具板上に重ねられる。この段階で2枚の両面配線板とその間に置かれたプリプレグの外周を仮止めしてレイアップが完了する。
レイアップされた2枚の両面プリント配線板の両側にプリプレグと導体材料の銅箔をおいてホットプレスで加圧加熱すると、銅箔や両面配線板の間に挿入されたプリプレグが熱硬化して(絶縁)基板に変化し、各導体間の接着が完了する。この後、多層配線板の内層パターンに対応した基準穴が開けられ、この基準穴を基準として最外層の導体配線パターンのエッチング、スルーホールの穴開け加工等が行われる。更に、めっき工程、防錆処理工程等を施し、機械加工で単一配線板に分割し、所要の外形形状に切り出して多層プリント配線板が完成する。
多層プリント配線板製造過程で、基準穴としてはレイアップ用の基準穴と、ホットプレス工程後に形成される基準穴の2種が使用されている。既に述べたように、多層プリント配線板の内層を形成する両面プリント配線板には、単一配線板のパターンの他に、基準穴のためのガイドマーク等が複数個用意され、エッチング工程でこのガイドマークもエッチングされている。これらのガイドマークの座標は、単一配線板のパターンとある位置関係を保つよう定められているので、これらのガイドマークの位置を測定すれば、電気回路を構成するパターンの座標が判明する。これらの複数のガイドマーク等を観測し、その観測値から計算された結果に基づき新たな基準穴の座標を求め、基準穴の穴開けを行うのに、通常は、穴開け装置が使用される。
穴開け装置の加工対象として、第1はレイアップ工程、ホットプレス工程が終了して、多層プリント配線板とされたものであり、第2は多層プリント配線板を構成する部材である、レイアップ工程前の両面プリント配線板である。即ち、基準穴穴開け装置のワークとしては、多層、両面のプリント配線板があり、今後この2者を総称して、ワーク又は単にプリント配線板と記す場合がある。
前述のように、ホットプレスで加圧加熱された多層プリント配線板の表裏両外面は無垢の導体層で覆われており、肉眼で可視光線を使って内層に形成されたガイドマークを明瞭に透視することは不可能である。このような可視光で観測不能な場合に対応して、観測手段として可視光線を使用しない超音波その他の測定法も種々研究されており、現在では微弱なX線で多層配線板を透視して、内層の導体層に形成されたガイドマークを観測する、X線(基準穴)穴開け機が多用されている。
プリント配線板の加工精度は、基準穴の精度に依存する。プリント配線板の加工精度を向上する技術として、例えば次の特許文献がある。
特許文献1は、 簡単な構成でプリント基板の正確な穴開けを目的とする技術が記載されている。特許文献1の技術は、作業テーブル上の治具板に複数の孔部が設けられた治具板を用意する。複数の孔部の透過像を2つの撮像手段にて撮像し、これらの中心位置と画像中心との位置ずれを求める。孔部間の間隔は既知なので、両撮像手段の間隔が算出できる。そこで、プリント基板をセットし、両撮像手段によって両識別用マークを撮像し、画像処理してこれらの中心位置と画像中心との位置ずれを求めて、両撮像手段間の間隔から、識別用マーク間の間隔を算出する。そこで、識別用マーク間の間隔と穿孔すべき穴間の間隔との誤差分だけ振り分け修正して穴開け位置を設定し、そこをドリルで穴開けする。
また、特許文献2に記載された技術は、配線板押さえの中央部に、回転軸が可動テーブルの移動方向と直角に設けられ、可動テーブルの移動により廻転する押さえローラを設置し、押さえローラは加工終了までワークを可動テーブルに押圧して位置ズレを防止する。
特開平9−85693号公報 特開2001−310208号公報
従来の穴開け装置は、カメラとドリルとの位置関係を測定し、両者中心位置の偏差を補正値として予め求めておく(ゼロセット)。そして、実際に穴を開ける際にワークに設けられた穴開け位置を示すマークを画像処理を用いて計測し、その中心座標に補正値を加えた上でドリルを移動させ、そののちドリルにより穴を開けていた。
この方法では、ドリルがワークの穴を開けるべき場所に正確に移動したかを確認する手段がなく、オープンループ制御となっていた。ドリルが移動する際に発生する移動誤差のために、穴開け精度を低下させる原因となっていた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、穴開け手段が移動する際に発生する移動誤差をなくし、穴開け精度を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る穴開け方法は、穴が開けられる印刷配線板を載置して、水平方向に移動するテーブルと、
ドリルと、該ドリルを上下方向に移動する昇降手段と、前記印刷配線板を固定する固定手段とから構成され前記印刷配線板に穴を開ける穿孔手段と、
前記印刷配線板の穴開け位置又は基準点の位置を測定する少なくとも2つの撮像手段と、
前記撮像手段と前記穿孔手段との距離を保ったまま、両者を同時に水平方向に移動する移動手段と、
前記ドリルを前記移動手段の上で前記撮像手段に対して水平方向に移動するドリル移動手段と、
を備える穴開け装置における穴開け方法において、
前記穴開け装置は、
印刷配線板の基準マークを前記撮像手段で撮像するための撮像穴と、該印刷配線板の所定の穿孔位置に前記穿孔手段で穴をあけるためのジグ穴とを有するジグ板であって、前記印刷配線板の少なくとも2つの所定の基準マークと所定の穿孔位置の関係に等しく、2つの前記撮像穴の中心相互の距離と、前記2つの撮像穴の中心に対する前記ジグ穴の中心が形成されたジグ板を備え、
前記穴開け方法は、
前記印刷配線板の2つの所定の基準マークの関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置をセットする撮像手段位置仮決め工程と、
前記印刷配線板の2つの所定の基準マークに対する所定の穿孔位置の関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段に対して前記穿孔手段の位置をセットするドリル位置仮決め工程と、
前記テーブルに載置された前記ジグ板に対して、前記2つの撮像穴中心と前記2つの撮像手段の撮像中心がそれぞれ一致するように前記移動手段と前記可動テーブルを調節する撮像位置調節工程と、
前記ジグ板に載置された穿孔位置補正用の基板に、前記穿孔手段によって穴を開けたのち、前記テーブルを作動させて前記穿孔手段によって開けられた穴の位置を前記撮像中心に移動して、前記ジグ穴中心と前記穿孔位置補正用基板に開けられた穴の中心の位置を測定し、前記ジグ穴中心に対する前記穴開け位置中心の誤差を測定する誤差測定工程と、
前記誤差測定工程で測定されたジグ穴中心に対する穴開け位置中心の誤差を補正するように、前記ドリル移動手段を作動させて前記撮像手段に対する前記ドリルの位置をセットするドリル位置決め工程と、
前記テーブルに載置された少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板について、前記テーブルを作動させて、前記2つの所定の基準マークをそれぞれ、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置に一致させる基板位置決め工程と、
前記テーブルに載置された少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板に対して、前記穿孔手段によって該印刷配線板の所定の位置に穴を開ける穴開け工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第2の観点に係る穴開け装置は、穴が開けられる印刷配線板を載置して、水平方向に移動するテーブルと、
ドリルと、該ドリルを上下方向に移動する昇降手段と、前記印刷配線板を固定する固定手段とから構成され前記印刷配線板に穴を開ける穿孔手段と、
前記印刷配線板の穴開け位置又は基準点の位置を測定する少なくとも2つの撮像手段と、
前記撮像手段と前記穿孔手段との距離を保ったまま、両者を同時に水平方向に移動する移動手段と、
前記ドリルを前記移動手段の上で前記撮像手段に対して水平方向に移動するドリル移動手段と、
を備える穴開け装置において、
印刷配線板の基準マークを前記撮像手段で撮像するための撮像穴と、該印刷配線板の所定の穿孔位置にドリルで穴をあけるためのジグ穴とを有するジグ板であって、2つの前記撮像穴の中心相互の距離が前記印刷配線板の2つの所定の基準マークの距離に等しく、前記2つの撮像穴の中心に対する前記ジグ穴の中心が前記印刷配線板の2つの所定の基準マークと所定の穿孔位置の関係に等しく、前記2つの撮像穴とジグ穴が形成されたジグ板と、
前記印刷配線板の2つの所定の基準マークの関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置をセットする撮像手段位置仮決め手段と、
前記印刷配線板の2つの所定の基準マークに対する所定の穿孔位置の関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段に対して前記穿孔手段の位置をセットするドリル位置仮決め手段と、
前記テーブルに載置された前記ジグ板に対して、前記2つの撮像穴中心と前記2つの撮像手段の撮像位置中心がそれぞれ一致するように前記移動手段と前記テーブルを調節する撮像位置調節手段と、
前記ジグ板に載置された穿孔位置補正用の基板に、前記穿孔手段によって穴を開けたのち、前記テーブルを作動させて前記穿孔手段によって開けられた穴の位置を前記撮像中心に移動して、前記ジグ穴中心と前記穿孔位置補正用基板に開けられた穴の中心の位置を測定し、前記ジグ穴中心に対する前記穴開け位置中心の誤差を測定する誤差測定手段と、
前記誤差測定手段で測定されたジグ穴中心に対する穴開け位置中心の誤差を補正するように、前記ドリル移動手段を作動させて前記撮像手段に対する前記ドリルの位置をセットするドリル位置決め手段と、
前記テーブルに載置された少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板について、前記テーブルを作動させて、前記2つの所定の基準マークをそれぞれ、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置に一致させる基板位置決め手段と、
前記テーブルにセットされた少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板に対して、前記穿孔手段によって該印刷配線板の所定の位置に穴を開ける穴開け手段と、
を備えることを特徴とする。
好ましくは、前記基板位置決め手段は、前記印刷配線板を長手方向及び幅方向に移動させるXYテーブル手段と、前記XYテーブル手段と並設され前記印刷配線板を幅方向に移動させるYテーブル手段とから構成されることを特徴とする。
本発明の穴開け方法によれば、ドリル位置を較正する際に、所定の位置に穴開けが行われるようにドリルの位置を実際に移動させて調整し、調整が完了したら、ドリルはその位置を保ったまま、以後はその位置から動かさない。
本発明の穴開け装置では、印刷配線板を載置する可動テーブル上にジグ穴を設ける。このジグ穴を基準として移動結果をフィードバックすることにより、正しい位置に動いたことを検証しながら位置決めすることが可能になる。この方法により、印刷配線板の穴開け位置をドリル位置に移動させるときの誤差をなくすことができる。
従来のオープンループ制御から、クローズドループ制御とすることによって、ドリルの移動に関わる誤差をなくし、より精度の高い位置に穴開けを行うことができる。
本発明の実施の形態に係る穴開け装置1について、図を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る穴開け装置1の外観の斜視図である。図1は穴開け装置1の筺体2を透視して内部を表している。また、図1に記入した機械座標系(原点O、X、Y、Z)は穴開け装置1の不動部分(例えば筺体2や架台3)に固定された座標系で、送り装置の各種機械部分の移動方向がこの座標軸に平行になされている。なお、図1の白抜きの矢印17は作業者の定位置であって、作業者は矢の方向(Y軸の正方向)に向かって立ち、ワークである印刷配線板(図示せず)を投入し、加工が終われば穴開け装置1から取り出す。ワークの供給と取り出しは、搬送装置によって行ってもよい。搬送装置は、例えばエアによって吸着する吸着器を備えたロボットアームで構成することができる。
穴開け装置1の筺体2の内部に、架台3が固定されている。左右1対のX移動架台10は、ほぼチャンネル状に形成され、左右で鏡像関係をなす形状とされている。このX移動架台10は架台3の上端に配置された直線ガイド10aによって支承されている。ボールねじ10bとこれと係合するX移動架台10の下面に取り付けられたボールナット(図示せず)により、基準穴を穴開けする配線板の大きさに合わせて、あらかじめ、X軸に平行に移動してX線カメラ6がマーク60mの観測可能の位置に待機している。なお、X移動架台10を個別に駆動するために、ボールねじ10bは各X移動架台10毎に配置されている。
X移動架台10の上部にX線発生装置4が固定され、下部には直線ガイド11aが取り付けられている。そして、Y移動架台11がこの直線ガイド11aで支承されている。ボールねじ11bとこれと係合するY移動架台11の下面に取り付けられたボールナット(図示せず)により、Y移動架台11はY軸に平行に移動可能である。Y移動架台11はチャンネル状に形成され、上部にX線防護管5が配置され、これと並んでクランパ9とクランパ9を上下動させるエアシリンダ9aが設置されている。下部にはドリル7を載せたドリル移動架台7a(図3参照)とX線カメラ6が固定されている。
Y軸と平行に配置され筐体2の中央部分に固定された直線ガイド12aとボールねじ12bにより支承され、駆動されて、多層プリント配線板を搭載する可動テーブル12はY軸に平行に運動する。可動テーブル12は12Aの位置で、ワークである基準穴60hを穴開けする印刷配線板60を載置し、Y軸に沿って移動してマーク測定、基準穴開け位置に引き込まれる。また、図1には示されていないが、可動テーブル12はX軸に平行に配置された直線ガイドとボールねじによって、X軸に平行に運動する。さらに、Y軸に平行に配置されたもう1つの直線ガイドとボールねじによって、可動テーブル12の一端がボールねじ12bとは独立にY軸に平行に運動して、可動テーブル12をZ軸に平行な軸を中心として回転運動させることができる。
ドリル7は、Y移動架台11に対して、X軸及びY軸方向に移動できるようになっている。ドリル7はX線カメラ6に対して水平方向の位置を調節できる。
なお、ボールねじ10b、11b、12b等を駆動し、X移動架台10とY移動架台11、及び可動テーブル12の移動を制御する制御装置は図示されていない。
ここで、穴開け装置1の主要構成要素として、X線発生装置4とX線防護管5及びX線カメラ6でマーク60mの観測装置、ドリル7とクランパ9で穴開け装置1、X移動架台10とY移動架台11と可動テーブル12及びこれらを支承し、駆動する直線ガイド10a、11a、12a、ボールねじ10b、11b、12b等で駆動装置をそれぞれ形成している。また、図示されていない制御装置は、一連の穴開け作業手順に従って、上記の各種装置の制御を行う。
なお、図1ではX移動架台10の上部にX線発生装置4を備えているが、図2に示すように、X線発生装置4をY移動架台11の上部に設けて、X線防護管5と一体に構成してもよい。図2は、本実施の形態に係る穴開け装置の異なる構成例を示す図である。図2の構成では、X線発生装置4がY移動架台11とともに移動するので、X線カメラ6で撮像する位置がY方向のある場所に限定されることがない。
図3は、穴開け装置1の内部をY軸方向に見た立面図である。図3では、筐体2及び架台3が省略されている。また、X移動架台10はチャンネル形状の部分が省略されている。
左右に配置された2つのX移動架台10は、それぞれ独立にX方向(図3では左右方向)に運動する。X移動架台10の上に配置されたY移動架台11は、直線ガイド11aに沿って、Y方向(図3では紙面に垂直)に運動する。X線カメラ6はY移動架台11に固定されているので、X移動架台10及びY移動架台11の動きに従って移動する。
ドリル7を支承するドリル移動架台7aは、Y移動架台11に固定されており、ドリル7をY移動架台11に対して(従って、X線カメラ6に対して)、X軸及びY軸方向に運動させることができる。また、ドリル7はエアシリンダ(図示せず)によってZ軸方向に昇降する。ドリル7が昇降することによって、ドリル7の先に取り付けられたドリルビット7bで印刷配線板60に穴を開ける。
可動テーブル12は、X移動架台10及びY移動架台11と独立に、X軸及びY軸方向に運動する。また、前述のとおり、可動テーブル12の一端、たとえば図3で言えば右端が、Y軸方向に独立に運動し、可動テーブル12がZ軸のまわりに回転する。
可動テーブル12の上に、ジグ板50が取り付けられている。ジグ板50の中央に印刷配線板60等を吸着して固定する吸着部51が設けられている。図3では省略されているが、クランパ9とエアシリンダ9aによって、印刷配線板60の穴開け位置付近が固定され、ドリルビット7bで穴を開けるときに印刷配線板60が動かないようになっている。ジグ板50には、印刷配線板60に穴を開けるときに、ドリル7とドリルビット7aが干渉しないように、ジグ穴53が設けられている。
制御装置20は、X線カメラ6の撮像を入力して、撮像から穴やマークの位置を計測する。制御装置20は、X移動架台10、Y移動架台11、可動テーブル12およびドリル移動架台7aの電動機(図示せず)を駆動し、それらのボールねじを回転させて、各架台およびテーブルを移動させる。また、制御装置20は、X移動架台10、Y移動架台11、可動テーブル12およびドリル移動架台7aのリニアスケールから、それぞれの架台またはテーブルの位置情報(および速度情報)を入力し、フィードバック制御する。
図4は、制御装置20のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。制御装置20は、図4に示すように、制御部21、主記憶部22、外部記憶部23、操作部24、表示部25及び入出力部26を備える。主記憶部22、外部記憶部23、操作部24、表示部25及び入出力部26はいずれも内部バス28を介して制御部21に接続されている。
制御部21はCPU(Central Processing Unit)等から構成され、外部記憶部23に記憶されているプログラムに従って、後述する穴開けのための処理を実行する。
主記憶部22はRAM(Random-Access Memory)等から構成され、外部記憶部23に記憶されているプログラムをロードし、制御部21の作業領域として用いられる。
外部記憶部23は、フラッシュメモリ、ハードディスク、DVD−RAM(Digital Versatile Disc Random-Access Memory)、DVD−RW(Digital Versatile Disc Rewritable)等の不揮発性メモリから構成され、前記の処理を制御部21に行わせるためのプログラムを予め記憶し、また、制御部21の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部21に供給し、制御部21から供給されたデータを記憶する。
操作部24はキーボードおよびマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボードおよびポインティングデバイス等を内部バス28に接続するインターフェース装置から構成されている。操作部24を介して、処理の開始または終了の指令などが入力され、制御部21に供給される。
表示部25は、CRT(Cathode Ray Tube)またはLCD(Liquid Crystal Display)などから構成され、X線カメラ6の撮像や、X線カメラ6およびドリル7の位置座標、および計測した印刷配線板60のマーク60m(図5参照)または穴の座標などを表示する。
入出力部26は、シリアルインタフェース又はLAN(Local Area Network)インターフェースから構成されている。入出力部26を介して、X線カメラ6から撮像した画像信号を入力する。また、X移動架台10、Y移動架台11、可動テーブル12およびドリル移動架台7aの電動機を駆動する信号を出力する。そして、入出力部26を介して、X移動架台10、Y移動架台11、可動テーブル12およびドリル移動架台7aのリニアスケールから、それぞれの架台またはテーブルの位置情報(および速度情報)を入力する。
なお、前述のワークの搬送装置(図示せず)を備える場合、搬送装置の動作と同期をとるために、入出力部26を介して、搬送装置に動作の指令を出力し、搬送装置から動作の完了指示を入力してもよい。
図5は、ジグ板50の詳細を表した図である。図5の(a)はジグ板50の平面図、(b)はジグ板50に印刷配線板60を載せた状態、(c)は(b)のA−A線断面図である。
本実施の形態では、印刷配線板60の両端に2つのマーク60mが存在し、このマーク60mを中心としてある一定の間隔で2つの穴の位置を振分けて、合計4つの穴を開ける場合を例として説明する。
図5(a)に示すように、ジグ板50は両端にX線カメラ6で印刷配線板60のマーク60mを撮影するための撮像穴52が設けられている。そして、撮像穴52を中心として、それぞれ2カ所に振り分けられた、ジグ穴53が開けられている。撮像穴52の中心と、ジグ穴53の中心は、それぞれ印刷配線板60のマーク60mと基準穴60hを開ける位置に合わせて正確に形成されている。
ジグ板50には、前述のとおり、中央部に吸着部51が形成されている。吸着部51には、穴51aが開けられた板51bが嵌められ(図5(c)参照)、吸引装置(図示せず)に接続された吸気管51cからエアを吸引することによって、ジグ板50の上に載置されたワーク(印刷配線板60又は補正用基板61)を吸着する。印刷配線板60はマーク60mがほぼ撮像穴52の中心に位置するように載置される(図5(b)参照)。
図6は、可動テーブル12の動きを表す図である。図6の(a)は可動テーブル12の平面図、(b)は可動テーブル12が回転する様子を表す平面図、(c)は可動テーブル12の立面図である。
可動テーブル12は、X方向に移動するX1テーブル12cとX1テーブル12dで支えられている。X1テーブル12cはボールねじとボールナットによってX軸方向に運動する。X1テーブル12dはXガイド12d2に沿ってX方向に自由に動く。X1テーブル12cとX1テーブル12dはフレーム12gで連結されているので、X1テーブル12dはX1テーブル12cの動きに連動する。
X1テーブル12cの上にY1テーブル12eが設けられている。X1テーブル12dの上にY2テーブル12fが設けられている。Y1テーブル12eとY2テーブル12fはそれぞれ独立に、Y軸方向に動く。Y1テーブル12eとY2テーブル12fにフレーム12gが回転自在に取り付けられている。Y1テーブル12eとY2テーブル12fを同時に同じ方向に動かすことによって、フレーム12gはY軸方向に平行移動する。例えばY1テーブル12eを固定したまま、Y2テーブル12fを動かすと、X1テーブル12dはX方向に自由に移動するので、フレーム12gはY1テーブル12eを中心として回転する。
例えば、図6(b)に示すように、フレーム12gをθラジアン回転させる場合、フレーム12gのY1テーブル軸とY2テーブル軸の距離をLとして、Y2テーブル12fをLsinθだけ動かせばよい。そのとき、X1テーブル12dはL(1−cosθ)移動する。フレーム12gの位置と角度は、フレーム12gに設けられた2つの穴12h、12iを観測することによって測定できる。
可動テーブル12は、大きな角度を動かす必要がないので、Y1テーブル12e又はY2テーブル12fのように直線動作で行ってよい。可動テーブル12の回転運動を、Y2テーブル12f(又はY1テーブル12e)の直線動作に置き換えて実現することによって、簡単な機構で精度よく所望の角度変位が得られる。
次に、穴開け装置1の動作について、図7乃至図10を参照して説明する。図7は、穴開け装置1の動作の一例を示すフローチャートである。図8は、補正用基板61を用いてドリル7の位置を較正する様子を示す図である。なお、前述のように、穴開け装置1の動作は、制御部21が主記憶部22、外部記憶部23、操作部24、入出力部26、X線カメラ6、X移動架台10、Y移動架台11、可動テーブル12およびドリル移動架台7aと協働して行う。
事前に、2つのX線カメラ6の間隔は、印刷配線板(以下、基板ともいう)60のマーク60mの間隔に合わせて、X移動架台10の位置が決められる。また、ドリル7の位置は、マーク60mに対する基準穴60hの位置になるように、X線カメラ6に対してセットされる。すなわち、X線カメラ6が撮像穴52の中心に位置したときに、ドリル7はジグ穴53に位置する。
はじめに、ジグ板50の撮像穴52の中心をX線カメラ6の撮像中心に正確に合わせる(ステップS1)。このとき、可動テーブル12のみを移動させてもよいし、X移動架台10及びY移動架台11を動かしてもよい。但し、X線カメラ6とドリル7の相対位置は変えない。
次に、補正用基板61をジグ板50の上に載置し、ジグ板50の撮像穴52の中心をX線カメラ6の撮像中心に正確に合わせた状態で、ドリル7を昇降させて穴61hを開ける(ステップS2)。このときの様子を図8の(a)に示す。X線カメラ6の撮像中心と、撮像穴52の中心が合った状態で、補正用基板61のジグ穴53に位置する4カ所に穴61hが開けられる。
ドリル7で補正用基板61に穴61hを開けるには、ドリル7を1つずつ昇降して、1つずつ開けてもよいし、全部同時に開けてもよい。後述する印刷配線板60に基準穴60hを開けるときに、同じ動作とすることが望ましい。
可動テーブル12を移動して、穴開け位置をX線カメラ6の撮像中心に移動し、ジグ穴53と補正用基板61に開けられた穴61hとの誤差を測定する(ステップS3)。図8の(b)は、奥側の穴開け位置をX線カメラ6の撮像中心に移動した場合を示す。図8の(c)は、手前側の穴開け位置をX線カメラ6の撮像中心に移動した場合を示す。本実施の形態では、穴61hの位置は左右対称なので、左右同時に測定することができる。穴61hの位置が左右対称でない場合は、1つずつX線カメラ6の撮像位置に合わせて測定する。
図9は、ジグ穴53と穴61hの誤差の例を示す図である。図9では、ジグ穴53の中心に対して穴61hの中心はX軸方向にΔx、Y軸方向にΔyずれている。また、同時にX線カメラ撮像中心とジグ穴中心の誤差も測定する。X線カメラ撮像中心とジグ穴中心の誤差は可動テーブル12の移動誤差である。
図7のフローチャートに戻って、次に、ドリル7(ドリルビット7b)の位置を補正する(ステップS4)。穴61hは本来、ジグ穴中心に開けられる。従って、ジグ穴中心と穴61hの中心の誤差を打ち消すように、X線カメラ6に対してドリル7の位置を補正する。例えば図9に示すように、誤差がΔx及びΔyであれば、ドリル7の位置を−Δx及び−Δyの量、補正する。
全てのドリル7について、同様に誤差を補正する。すなわち、全ドリル7の誤差補正が完了していなければ(ステップS5;No)、ステップS3とステップS4を繰り返す。
全ドリル7について誤差の補正が完了したら(ステップS5;Yes)、それらの誤差が許容範囲であるかどうかを判定する(ステップS6)、誤差が許容範囲でない場合は(ステップS6;No)、新たな補正用基板61をジグ板50に載置して、ドリル位置の較正を行う(ステップS2乃至ステップS6を繰り返す)。
ジグ穴53の中心と穴61hの中心の許容誤差は、例えば、X線カメラ6の解像度とドリル移動架台7aの分解能で決められる。
ジグ穴53の中心と穴61hの中心の誤差が許容範囲に収まった状態で(ステップS6;Yes)、X線カメラ6の撮像中心とドリル7による穴開け位置の関係は、ジグ板50の撮像穴中心とジグ穴中心に(許容誤差の範囲で)一致しているはずである。
そこで、今度はX線カメラ6とドリル7の位置を保持したまま、印刷配線板60に基準穴60hを開ける。すなわち、X移動架台10、Y移動架台11及びドリル移動架台7aを較正が完了した状態に保持したまま、基準穴60hを開ける印刷配線板60をジグ板50に載置し、可動テーブル12を調節して、印刷配線板60のマーク60mをX線カメラ6の撮像中心に合わせる(ステップS7)。
そして、その状態を保持したまま、ドリル7を昇降させて基準穴60hを開ける(ステップS8)。このとき、前述のとおり、ドリル位置の較正のときに補正用基板61に穴61hを開けたのと同じ動作で基準穴60hを開けることが望ましい。
図10は、印刷配線板60をジグ板50に載置し、マーク60mをX線カメラ6の撮像中心に合わせて、ドリル7で基準穴60hを開ける工程を示す。図10の(a)は、印刷配線板60をジグ板50に載置して、X線カメラ6の撮像中心とマーク60mがずれている状態を表す。図10の(b)は、可動テーブル12を調節して、印刷配線板60のマーク60mがX線カメラ6の撮像中心に合った状態を表す。図10の(c)は、印刷配線板60のマーク60mがX線カメラ6の撮像中心に合った状態で、ドリル7で基準穴60hを開けた状態を表す。
印刷配線板60のマーク60mをX線カメラ6の撮像中心に合わせるには、図6で説明した可動テーブル12のX−Y−Y機能を用いる。まず、可動テーブル12をX軸及びY軸方向に平行移動して、例えば左側のマーク60mを一方のX線カメラ6の撮像中心に合わせる。次に、2つのX線カメラ6と右側のマーク60mのなす角度を画像計測によって測定し、角度誤差がなくなるように、図6のY2テーブル12fを調節する。マーク60mは可動テーブル12のフレーム12gの支点に一致しているわけではないので、Y2テーブル12fを動かすことによって、左側のマーク60mがX線カメラ6の撮像中心からずれるので、ずれる量を予め計算してX1テーブル12c及びY1テーブル12eを調節する。すなわち、可動テーブル12の回転中心が、既にX線カメラ6の撮像中心に合っているマーク60mの中心になるように、可動テーブル12を制御する。
図7のフローチャートに戻って、印刷配線板60に基準穴60hを開けたのち、基準穴60hを開けるべき印刷配線板60があるかどうかを判定する(ステップS9)。基準穴60hを開けるべき印刷配線板60があれば(ステップS9;Yes)、ステップS7に戻って、その印刷配線板60の基準穴60hを開ける。印刷配線板60が尽きれば(ステップS9;No)、動作を終了する。
このようにして、穴開け装置1の条件、例えばドリルビット7bの摩耗や温度などの条件が変化しない限り、ドリル7の位置を一度較正することにより、複数の印刷配線板60のロットについて、正確に基準穴60hを開けることができる。
本発明の穴開け装置1はジグ板50に合わせてフィードバック制御しているので、本発明の穴開け装置1の穴開け精度は、ジグ板50の精度に従う。ジグ板50の撮像穴52とジグ穴53の精度を上げればそれだけ、印刷配線板60の基準穴60hの精度が高くなる。
本発明の穴開け方法によれば、ドリル位置を較正する際に、所定の位置に穴開けが行われるようにドリル7の位置を実際に移動させて調整し、調整が完了したら、ドリル7はその位置を保ったまま、以後はその位置から動かさない。従って、ドリル7を移動させるときの誤差によって、基準穴60hの位置がずれることがない。
本発明の穴開け装置では、印刷配線板60を載置する可動テーブル12上にジグ穴53を設ける。このジグ穴53を基準として移動結果をフィードバックすることにより、正しい位置に動いたことを検証しながら位置決めすることが可能になる。この方法により、印刷配線板60の穴開け位置をドリル位置に移動させるときの誤差をなくすことができる。
その他、前記のハードウエア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更及び修正が可能である。上述した実施の形態では、印刷配線板のマークが両端に2つで、それぞれのマークについて等間隔に2カ所の基準穴を開ける場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、マークの位置は左右対称でなくてもよいし、基準穴は等間隔でなくてもよい。また、マークに対して基準穴が2カ所でなく、1カ所又は3カ所以上であってもよい
本発明の実施の形態に係る穴開け装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る穴開け装置の異なる構成例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る穴開け装置の主要な内部の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るジグ板の詳細を表した図である。 本発明の実施の形態に係る穴開け装置の可動テーブルの動きを表す図である。 本発明の実施の形態に係る穴開け装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る穴開け装置において、補正用基板を用いてドリルの位置を較正する様子を示す図である。 ジグ穴と穿孔の誤差の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る穴開け装置において、印刷配線板に基準穴を開ける工程を示す図である。
符号の説明
1 穴開け装置
2 筐体
3 架台
4 X線発生装置
5 X線防護管
6 X線カメラ
7 ドリル
7a ドリル移動架台
7b ドリルビット
9 クランパ
9a エアシリンダ
10 X移動架台
11 Y移動架台
12 可動テーブル
10a、11a、12a 直線ガイド(LMガイド)
10b、11b、12b ボールねじ
17 作業者位置(白抜き矢印)
50 ジグ板
51 吸着部
52 撮像穴
53 ジグ穴
60 印刷配線板
60h 基準穴
60m マーク
61 補正用基板
61h 穴

Claims (3)

  1. 穴が開けられる印刷配線板を載置して、水平方向に移動するテーブルと、
    ドリルと、該ドリルを上下方向に移動する昇降手段と、前記印刷配線板を固定する固定手段とから構成され前記印刷配線板に穴を開ける穿孔手段と、
    前記印刷配線板の穴開け位置又は基準点の位置を測定する少なくとも2つの撮像手段と、
    前記撮像手段と前記穿孔手段との距離を保ったまま、両者を同時に水平方向に移動する移動手段と、
    前記ドリルを前記移動手段の上で前記撮像手段に対して水平方向に移動するドリル移動手段と、
    を備える穴開け装置における穴開け方法において、
    前記穴開け装置は、
    印刷配線板の基準マークを前記撮像手段で撮像するための撮像穴と、該印刷配線板の所定の穿孔位置に前記穿孔手段で穴をあけるためのジグ穴とを有するジグ板であって、前記印刷配線板の少なくとも2つの所定の基準マークと所定の穿孔位置の関係に等しく、2つの前記撮像穴の中心相互の距離と、前記2つの撮像穴の中心に対する前記ジグ穴の中心が形成されたジグ板を備え、
    前記穴開け方法は、
    前記印刷配線板の2つの所定の基準マークの関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置をセットする撮像手段位置仮決め工程と、
    前記印刷配線板の2つの所定の基準マークに対する所定の穿孔位置の関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段に対して前記穿孔手段の位置をセットするドリル位置仮決め工程と、
    前記テーブルに載置された前記ジグ板に対して、前記2つの撮像穴中心と前記2つの撮像手段の撮像中心がそれぞれ一致するように前記移動手段と前記テーブルを調節する撮像位置調節工程と、
    前記ジグ板に載置された穿孔位置補正用の基板に、前記穿孔手段によって穴を開けたのち、前記テーブルを作動させて前記穿孔手段によって開けられた穴の位置を前記撮像中心に移動して、前記ジグ穴中心と前記穿孔位置補正用基板に開けられた穴の中心の位置を測定し、前記ジグ穴中心に対する前記穴開け位置中心の誤差を測定する誤差測定工程と、
    前記誤差測定工程で測定されたジグ穴中心に対する穴開け位置中心の誤差を補正するように、前記ドリル移動手段を作動させて前記撮像手段に対する前記ドリルの位置をセットするドリル位置決め工程と、
    前記テーブルに載置された少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板について、前記テーブルを作動させて、前記2つの所定の基準マークをそれぞれ、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置に一致させる基板位置決め工程と、
    前記テーブルに載置された少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板に対して、前記穿孔手段によって該印刷配線板の所定の位置に穴を開ける穴開け工程と、
    を備えることを特徴とする穴開け方法。
  2. 穴が開けられる印刷配線板を載置して、水平方向に移動するテーブルと、
    ドリルと、該ドリルを上下方向に移動する昇降手段と、前記印刷配線板を固定する固定手段とから構成され前記印刷配線板に穴を開ける穿孔手段と、
    前記印刷配線板の穴開け位置又は基準点の位置を測定する少なくとも2つの撮像手段と、
    前記撮像手段と前記穿孔手段との距離を保ったまま、両者を同時に水平方向に移動する移動手段と、
    前記ドリルを前記移動手段の上で前記撮像手段に対して水平方向に移動するドリル移動手段と、
    を備える穴開け装置において、
    印刷配線板の基準マークを前記撮像手段で撮像するための撮像穴と、該印刷配線板の所定の穿孔位置にドリルで穴をあけるためのジグ穴とを有するジグ板であって、2つの前記撮像穴の中心相互の距離が前記印刷配線板の2つの所定の基準マークの距離に等しく、前記2つの撮像穴の中心に対する前記ジグ穴の中心が前記印刷配線板の2つの所定の基準マークと所定の穿孔位置の関係に等しく、前記2つの撮像穴とジグ穴が形成されたジグ板と、
    前記印刷配線板の2つの所定の基準マークの関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置をセットする撮像手段位置仮決め手段と、
    前記印刷配線板の2つの所定の基準マークに対する所定の穿孔位置の関係に等しくなるように、前記2つの撮像手段に対して前記穿孔手段の位置をセットするドリル位置仮決め手段と、
    前記テーブルに載置された前記ジグ板に対して、前記2つの撮像穴中心と前記2つの撮像手段の撮像位置中心がそれぞれ一致するように前記移動手段と前記テーブルを調節する撮像位置調節手段と、
    前記ジグ板に載置された穿孔位置補正用の基板に、前記穿孔手段によって穴を開けたのち、前記テーブルを作動させて前記穿孔手段によって開けられた穴の位置を前記撮像中心に移動して、前記ジグ穴中心と前記穿孔位置補正用基板に開けられた穴の中心の位置を測定し、前記ジグ穴中心に対する前記穴開け位置中心の誤差を測定する誤差測定手段と、
    前記誤差測定手段で測定されたジグ穴中心に対する穴開け位置中心の誤差を補正するように、前記ドリル移動手段を作動させて前記撮像手段に対する前記ドリルの位置をセットするドリル位置決め手段と、
    前記テーブルに載置された少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板について、前記テーブルを作動させて、前記2つの所定の基準マークをそれぞれ、前記2つの撮像手段の撮像中心の位置に一致させる基板位置決め手段と、
    前記テーブルにセットされた少なくとも2つの所定の基準マークが記された穴開け対象の印刷配線板に対して、前記穿孔手段によって該印刷配線板の所定の位置に穴を開ける穴開け手段と、
    を備えることを特徴とする穴開け装置。
  3. 前記基板位置決め手段は、
    前記印刷配線板を長手方向及び幅方向に移動させるXYテーブル手段と、
    前記XYテーブル手段と並設され前記印刷配線板を幅方向に移動させるYテーブル手段と、
    から構成されることを特徴とする請求項2に記載の穴開け装置。
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