JP6618706B2 - ドリル穴明け装置及びドリル穴明け方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばテーブルに載置されたプリント基板の如き被加工物にドリルを用いて貫通穴を明けるドリル穴明け装置及びドリル穴明け方法に関する。

図５は、ドリル穴明け装置のブロック図である。図５において、４０はプリント基板４１が載置されるテーブル、４２はドリル４３を保持して回転させるためのスピンドル、４４はスピンドル４２を垂直方向に駆動する垂直方向駆動部、４５はテーブル４０とスピンドル４２を相対的にＸとＹの方向に駆動する水平方向駆動部である。ここでの水平方向駆動部４５は説明の都合上一つで示しているが、実際はＸとＹ方向のそれぞれに設けられる。垂直方向駆動部４４と水平方向駆動部４５は、例えばプログラム制御の処理装置によって実現される全体制御部４６により制御される。穴明けを行うための制御機構としては、他に種々の要素と接続線を有するが、ここでは省略してある。

スピンドル４２の先端側には図示を省略するシリンダを介してプレッシャフット４７が係合している。このプレッシャフット４７は、スピンドル４２が降下する場合、途中までは共に移動し、それ以後はスピンドル４２とは独立に垂直方向に移動できるようになっている。プレッシャフット４７の下端には、プリント基板４１の上面を押し付けるためのブッシュ４８が保持されている。
４９はスピンドル４２と連結された位置検出器である。この位置検出器４９は、スピンドル４２とプレッシャフット４７とを共に降下させた場合、スピンドル４２と共に降下し、ブッシュ４８がプリント基板４１の上面位置に到達し、プレッシャフット４７だけがそれ以上降下できなくなって、スピンドル４２とプレッシャフット４７が垂直方向に互いにずれた時を検出し、全体制御部４６に検出信号を出力するものである。

全体制御部４６は、位置検出器４９からの検出信号によりブッシュ４８がプリント基板４１の上面位置に到達したことを検知すると、垂直方向駆動部４４によりスピンドル４２を駆動してドリル４３を降下させ、プリント基板４１に所定の深さまで穴明けを行ったら、ドリル４３を上昇させる。
以上の説明までのドリル穴明け装置の構成と動作は、良く知られているものである。

図６は、図５における垂直方向駆動部４４を実現する従来のスピンドル駆動装置のブロック図である。図６において、１は制御対象となるスピンドルで、これが動くのに伴い、その位置情報が位置検出器２で検出される。上位となる図５における全体制御部４６から与えられる位置指令Ｐと位置検出器２からのフィードバック信号である位置応答Ｒとの差分に、特定の補償値が設定されたフィードフォワード補償器３の出力が加算された位置偏差Ｄがフィードバック補償器４へ入力され、その出力である電流指令Ｅが制御アンプ５に入力され、その出力でモータ６が回転してスピンドル１が駆動される。
なお、図６のようにフィードバック補償とフィードフォワード補償を行う駆動装置は、例えば特許文献１（図３及び段落００２３〜００２７）に開示されている。

図７は、図６のスピンドル駆動装置でスピンドルを駆動する場合において、位置指令Ｐと実際の位置応答Ｒとの関係を示す図である。スピンドルの位置によってドリルの位置が間接的に位置が定まるので、同図においては、位置指令Ｐと位置応答Ｒをドリルの垂直位置で示してある。以下説明する図においても、位置指令Ｐと位置応答Ｒは同様とする。
図７において、領域Ｍはドリルが高さＨ１にあるプリント基板の上面に当接した時点直後であり、一時的に位置応答Ｒの時間遅れが増加する。薄いプリント基板の場合、プリント基板の材質やドリルの送り速度等の加工条件によっては、（ａ）に示すように、位置応答Ｒの時間遅れの増加で、穴明け加工が継続しないでドリルが高さＨ２にある底面まで届かず、貫通穴を形成しないうちにドリルが上昇してしまい、未貫通穴が形成される現象が起きることがある。
一方、プリント基板が適当な厚みを有する場合、（ｂ）に示すように、位置応答Ｒの時間遅れの増加が出るものの、その後、元の流れに戻って穴明け加工が継続し、ドリルは高さＨ２にある底面を抜けて貫通穴を形成し、その後ドリルが上昇する。従って、この場合、未貫通穴が形成されることはないが、ドリルが底面を抜けたら速やかにドリルの進入を止めないと、それだけ加工時間が長くなり、加工効率が悪くなる。

特開２０００−２０１３２号公報

そこで、本発明は、ドリルを用いて被加工物に貫通穴を明ける場合に、適切な深さまでドリルを進入させるようにすることにより、未貫通穴の発生と、加工効率の低下を防ぐ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に記載のドリル穴明け装置においては、フィードバック補償とフィードフォワード補償を行う駆動装置によりドリルを保持するスピンドルを駆動して被加工物に貫通穴を明けるドリル穴明け装置において、前記フィードフォワード補償を行うものであって補償値が修正できるフィードフォワード補償器と、穴を明ける毎にドリルの最終到達位置が適正か否かを評価し当該評価において不適正と評価した場合には前記フィードフォワード補償器の補償値を修正する補償値制御部と、当該補償値制御部における不適正の評価が同じ位置での穴明けを必要とする場合には同じ位置に穴を明けるよう制御する制御部とを備えることを特徴とする。

また請求項２に記載のドリル穴明け装置においては、請求項１に記載のドリル穴明け装置において、前記制御部は、同じ位置での穴明け回数をカウントし、当該カウント値が許容値を超えていたら加工動作を停止させることを特徴とする。

また請求項３に記載のドリル穴明け方法においては、フィードバック補償とフィードフォワード補償を行う駆動装置によりドリルを保持するスピンドルを駆動して被加工物に貫通穴を明けるドリル穴明け方法において、穴を明ける毎にドリルの最終到達位置が適正か否かを評価し、当該評価において不適正と評価した場合には前記フィードフォワード補償における補償値を修正し、前記不適正の評価が同じ位置での穴明けを必要とする場合には同じ位置に穴を明けることを特徴とする。

また請求項４に記載のドリル穴明け方法においては、請求項３に記載のドリル穴明け方法において、同じ位置での穴明け回数をカウントし、当該カウント値が許容値を超えていたら加工動作を停止させることを特徴とする。

本発明によれば、ドリルを用いて基板に貫通穴を明ける場合に、未貫通穴の発生と、加工効率の低下を防ぐことができる。

本発明の一実施例による穴明け動作を説明するための図である。 本発明の一実施例となるドリル穴明け装置の垂直方向駆動部に用いるスピンドル駆動装置のブロック図である。 図２における補償値制御部の動作を説明するための図である。 本発明の一実施例において、図２における補償値制御部と図５における全体制御部が実行するフローチャートである。 本発明の一実施例となるドリル穴明け装置のブロック図である。 従来のスピンドル駆動装置のブロック図である。 従来のスピンドル駆動装置でスピンドルを駆動する場合において、ドリルの垂直方向に対する位置指令Ｐと実際の位置応答Ｒとの関係を示す図である。

以下、本発明の一実施例について説明する。
図５は、本発明の一実施例となるドリル穴明け装置のブロック図である。本発明に従うと、全体制御部４６には、同じ位置での穴明け動作の繰返し回数をカウントするカウンタ５０が含まれる。この全体制御部４６は、ドリルを最初あるいは次の穴明け位置に移動させる場合にはカウンタ５０をリセットし、同じ位置で穴明け動作を行う場合にはカウンタ５０を１だけカウントアップする。また、カウンタ５０の値が許容値以内にあるかどうかを判定し、許容値を超えていたら、装置を停止させるとともにエラーを表示してオペレータに知らせ、オペレータの介入を促す。

図２は本発明に従ったドリル穴明け装置の垂直方向駆動部に用いるスピンドル駆動装置のブロック図であり、図６と同じものには同じ符号をつけてある。
図２において、上位となる図５における全体制御部４６から与えられる位置指令Ｐと位置検出器２からのフィードバック信号である位置応答Ｒとの差分に補償値可変型のフィードフォワード補償器７の出力が加算された位置偏差Ｄがフィードバック補償器４へ入力され、その出力である電流指令Ｅが制御アンプ５に入力され、その出力でモータ６が回転してスピンドル１が駆動される。

８はフィードフォワード補償器７の補償値を制御する補償値制御部であり、この補償値制御部８は、加工動作を行う前に予め実験等で求めておいた数値をフィードフォワード補償器７の補償値の初期値としてセットしておく。そして、その後加工動作が始まったら、穴を明ける毎に、図３に示すように、位置指令Ｐによる最終到達位置Ａを中心にして、位置応答Ｒによる最終到達位置Ｂの評価を行う。上側にαの範囲内あるいは下側にβの範囲内に入っていれば貫通穴が適切な深さに明けられており、Ａランクと判定する。また、最終到達位置Ｂがαよりも上側にあれば未貫通穴が発生しているとしてＣランク、最終到達位置Ｂがβよりも下側にあれば深過ぎて貫通穴が適切に明けられていないとしてＢランクと判定する。そして、補償値制御部８はＣランクと判定した場合には、フィードフォワード補償器７の初期値の補償値を上げて最終到達位置Ｂがもっと下の位置に来るようにし、Ｂランクと判定した場合にはフィードフォワード補償器７の初期値の補償値を下げて最終到達位置Ｂがもっと上の位置に来るようにする。

図１は、本実施例においてドリルの垂直方向に対する位置指令Ｐと実際の位置応答Ｒとの関係を示す図である。（ａ）に示すように、１番目の穴明けにおいてランクＣとなって未貫通穴が発生した場合は、補償値制御部８はフィードフォワード償器７の補償値を上げてから、再度同じ位置で穴明け動作を行う。ここで適切な深さの穴明けが行われれば、次の２番目の穴明けに進む。
また（ｂ）に示すように、１番目の穴明けにおいてドリルが深く進入し過ぎてランクＢとなった場合は、補償値制御部８はフィードフォワード補償器７の補償値を下げ、次の２番目の穴明けに進む。

なお、（ａ）における同じ位置の再度の穴明け動作において、フィードフォワード償器７の補償値がまだ不足し、再びランクＣとなって未貫通穴が発生した場合は、さらにフィードフォワード補償器７の補償値を上げ、同じ位置で２回目の穴明け動作を行う。以下、適切な深さの穴明けが行われるまで同様に繰り返すが、前述したように全体制御部４６はこの繰返しを行う毎に１だけカウントアップするカウンタ５０を備えている。全体制御部４６はカウンタ５０のカウントアップの後でカウンタ値が許容値以内かどうかを判定し、許容値を超えていたら、装置を停止させるとともにエラーを表示してオペレータに知らせ、オペレータの介入を促す。
また（ｂ）における２番目の穴明け動作において、フィードフォワード補償器７の補償値がまだ高過ぎて再びランクＢとなった場合、さらにフィードフォワード補償器７の補償値を下げ、次の３番目の穴明けに進む。以下、適切な深さの穴明けが行われるまで、同様に繰り返す。

図４は、以上の動作を行うため、図２における補償値制御部８と図５における全体制御部４６が実行するフローチャートである。図４において、ステップ２１、２４、２５、２６及び２９は補償値制御部８により実行され、またステップ２２、２３、２７、２８、３０、３１及び３２は全体制御部４６により実行される。

補償値制御部８は、加工動作を行う前に、フィードフォワード補償器７の補償値の初期値として、予め実験等で求めておいた数値をセットするが、この初期値は被加工物の材質やドリルの送り速度等の加工条件によっては必ずしも最適値とならない。以上の実施例によれば、加工動作を繰り返すことにより、その時の加工条件でも適切な深さの穴明けができる補償値に自動的に修正される。従って、色々な加工条件においても、未貫通穴の発生と、加工効率の低下を防ぐことが可能となる。

なお、以上の実施例において、補償値制御部８は全体制御部４６とは別個に設けてあるが、その一部あるいは全体を全体制御部４６の内部に設けても良い。

また、補償値制御部８の評価は、位置指令Ｐによる最終到達位置Ａを中心にして、上下にそれぞれ１ランクずつとしたが、それぞれもっと多くし、フィードフォワード補償器７の補償値の修正度合を判定されたランクに見合ったものにし、きめ細かく修正するようにしても良い。

１：スピンドル ２：位置検出器 ４：フィードバック補償器 ５：制御アンプ
６：モータ ７：フィードフォワード補償器 ８：補償値制御部
４０：テーブル、４１：プリント基板、４２：スピンドル、４３：ドリル
４４：垂直方向駆動部、４５：水平方向駆動部、４６：全体制御部
４７：プレッシャフット、４８：ブッシュ、４９：位置検出器 ５０：カウンタ

Claims (4)

1. フィードバック補償とフィードフォワード補償を行う駆動装置によりドリルを保持するスピンドルを駆動して被加工物に貫通穴を明けるドリル穴明け装置において、前記フィードフォワード補償を行うものであって補償値が修正できるフィードフォワード補償器と、穴を明ける毎にドリルの最終到達位置が適正か否かを評価し当該評価において不適正と評価した場合には前記フィードフォワード補償器の補償値を修正する補償値制御部と、当該補償値制御部における不適正の評価が同じ位置での穴明けを必要とする場合には同じ位置に穴を明けるよう制御する制御部とを備えることを特徴とするドリル穴明け装置。
2. 請求項１に記載のドリル穴明け装置において、前記制御部は、同じ位置での穴明け回数をカウントし、当該カウント値が許容値を超えていたら加工動作を停止させることを特徴とするドリル穴明け装置。
3. フィードバック補償とフィードフォワード補償を行う駆動装置によりドリルを保持するスピンドルを駆動して被加工物に貫通穴を明けるドリル穴明け方法において、穴を明ける毎にドリルの最終到達位置が適正か否かを評価し、当該評価において不適正と評価した場合には前記フィードフォワード補償における補償値を修正し、前記不適正の評価が同じ位置での穴明けを必要とする場合には同じ位置に穴を明けることを特徴とするドリル穴明け方法。
4. 請求項３に記載のドリル穴明け方法において、同じ位置での穴明け回数をカウントし、当該カウント値が許容値を超えていたら加工動作を停止させることを特徴とするドリル穴明け方法。

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