JPH03210414A - 回転する要素の横の変化を測定するための装置 - Google Patents

回転する要素の横の変化を測定するための装置

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JPH03210414A
JPH03210414A JP2302302A JP30230290A JPH03210414A JP H03210414 A JPH03210414 A JP H03210414A JP 2302302 A JP2302302 A JP 2302302A JP 30230290 A JP30230290 A JP 30230290A JP H03210414 A JPH03210414 A JP H03210414A
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rotating element
laser beam
counter
energy
sensor
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JP2302302A
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Timothy A Skunes
ティモシー・エィ・スカンズ
Steven K Case
スティーブン・ケィ・ケイス
Jeffrey A Jalkio
ジェフリー・エィ・ジャルキオ
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Excellon Automation Co
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    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
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    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 開示される発明は非接触の、高精度の測定器具に関する
ものである。特に、それは自動印刷回路基板穴開は機械
のドリルビットの直径、振れおよび縦の位置のオンライ
ンの、非接触の測定のために特に適合させられたレーザ
に基づく器具に関するものである。
背景 回路基板の穴の自動穴開けは回路基板を加工テーブルに
装着することにより典型的に成し遂げられる。回路基板
はドリルビットを回転させるスピンドルの下に正確に位
置決めされる。スピンドルは下げられ、かつドリルビッ
トは回路基板を通る穴を作る。全体の穴開は工程は常に
ホストプロセッサにより調整される。プロセッサは加工
テーブルの位置決め、スピンドル送り速度、スピンドル
回転数および自動工具交換のようなものを制御する。
印刷回路基板の小さなパッド、薄い導体ライン、および
狭いラインの間隔の必要性は自動回路基板穴開は機械が
位置の高精度および高品質の小さな直径の穴を穴開けす
る能力の両方を有することを要求する。ドリルビットの
直径、振れ、および先端位置の確認は穴の高品質を保証
するのに必要である。
ドリルビットの直径の検査は間違った大きさの穴を開け
、したがって欠陥基板を作ることを回避するために必要
である。ドリルビット直径は過去において機械的マイク
ロメータにより“オフライン”で検査されてきた。しか
しながら、特に非常に小さい直径のドリルビットを有す
る接触測定工具を使用するときに、ドリルビットに損傷
を与えるか、またはドリルビットを破壊する危険性があ
る。（典型的なドリルビットの直径は０．　００４イン
チから０．２５０インチの範囲に及び得る。）さらに、
ドリルビットの直径のオフラインの測定はドリルビット
の寸法の動的な測定をする能力を欠き、かつ正しい大き
さのビットがスピンドルに装填されたというリアルタイ
ムの確認をすることができない。
振れはそれが回転するときのドリルの位置の非対称の量
として規定される。非対称の動きは、曲がった、または
ぐらつくドリル、その中心または回転に関してのドリル
のジオメトリの非対称、またはスピンドルの振動による
ものであるかもしれない。過度の振れは拡大された穴、
不正確な穴開け、または工具の破壊につながるかもしれ
ない。
現在、振れは典型的に機械的ダイアルインジケータを、
スピンドルに挿入された精密ピンと接触して置くことに
より半静的に測定される。スピンドルはそれから手で回
転させられ、かつダイアルインジケータの振れの量が認
められる。動的振れの測定は容量センサおよび精密ビン
を使用することによりなされてもよい。しかしながら、
これらの方法の両方はスピンドルの振れを測定するにす
ぎない。どちらの方法も実際の使用条件のもとて各個々
のドリルビットの動的振れを測定しない。ドリルビット
の質量、そのジオメトリ、チャックにおけるその据え付
け、およびスピンドル回転数はすべて振れに影響を及ぼ
す。より小さな直径のドリルは典型的により大きな直径
のドリルよりも高い回転数で作動させられ、静的な振れ
の測定と動的な振れの測定との間の不一致を悪化させる
。
正確なドリルの先端の位置決めは盲バイアをあけるのに
必要とされる。盲穴バイアは部分的にのみ回路基板を通
って穴を開けられ、かつ多層回路基板の別個の層を接続
するために使用される穴である。（第１ａ図を参照）正
確な先端の位置決めはまた生産スループットを増加させ
るために必要とされる。ドリルビットの正しく、かつ正
確な縦の位置決めは、穴を開けすぎる、またはドリルを
引き込みすぎることにより起こされる無駄な時間を回避
し、かつまた回路基板を通り穴を開けすぎることにより
起こされる工具の破壊を防ぐ。
ドリルビットのような物体の寸法を測定するための非接
触機器が利用可能な一方で、従来の非接触器具は一般に
走査レーザビームを必要とし、かつ典型的にあまりにも
かさが高すぎて自動回路基板穴開は機械に関連してオン
ラインで使用されることができない。従来のドリル先端
位置決め方法はドリルビットとの接触を必要とし、しば
しばドリルビットが欠けたり、または壊れたりするよう
にする。さらに、自動回路基板穴開は装置に近接して置
かれる従来のレーザを基にしたセンサは、穴開けにより
起こされる塵の残留物による測定領域における光の変化
する遮蔽によって測定エラーを受けやすいであろう。そ
のように、各個々のドリルがスピンドルに装填された後
すぐにドリルビットの直径を確かめ、動的振れを測定し
、または非接触態様で、穴開けのために装着される基板
との関係でドリルの先端を正確に位置決めすることので
きる自動回路基板穴開は機械はなかった。
発明の概要 この発明は、自動印刷回路基板穴開は機械で使用される
ドリルビットのドリルビット直径、動的振れおよびドリ
ルの先端位置のオンラインの測定を提供する。ドリルビ
ットの寸法および動作特徴は固定されたビームレーザを
基にしたセンサの使用を通し最大限の動作ドリル速度で
測定される。
進歩した電子工学系は、それがレーザビームを通される
ときビットにより起こされるレーザビーム遮断の量と、
それがレーザビームに入るときのドリルビットの瞬間角
配向とを互いに関係付ける。
測定器具は塵により起こされる光の遮蔽および穴開は動
作の破片副産物に対して器具を自動的に調整する補償回
路を含む。
図面の簡単な説明 第１図を参照すると、ドリルビット直径、振れ、および
先端位置の非接触の測定のための測定器具１２は、自動
回路基板穴開は機械１４に関連して描かれる。穴開は機
械１４は、概して、複数個の穴を開けられるべき回路基
板を収容することのできる穴開はプラテン１６、ドリル
１８、ドリル水平位置決め棒２０．２２、およびドリル
垂直位置決めピストンおよびシリンダアセンブリ２４を
含む。制御モジュール（図示せず）はプラテン１６に関
してドリル１８の正確な３次元の位置決めのための電子
回路を含む。角測定ゲージ２５はドリル１８の角（回転
）配向をモニタする。測定器具１２はプラテン１６の先
導マージン２６にそって位置決めされる。
ドリル１８は、ドリルケース２８、ドリルモータ３０、
スピンドル３２、および基板プレス３４を含む。基板プ
レス３４は圧力板３６および圧力担持ピストンおよびシ
リンダアセンブリ３８．４０を含む。取外し自在のドリ
ルビット４２はドリルスピンドル３２により作られる。
第１ａ図を参照すると、印刷回路基板４４はプラテン２
６の上部表面と圧力板３６との間に位置決めされて描か
れる。印刷回路基板４４は、非導電性基板４６と、複数
個の導電層４８ａ、４８ｂ。
４８ｃ、４８ｄの基板４６の中に位置決めされる複数個
の導電ライン４８とを含む。ドリルビット４２は、導電
層４８ａ、４８ｂｓおよび４８ｃを接続するように盲穴
バイア５２を開けた後、圧力板３６のドリルビット受は
アパーチャ５０から引かれるように第１ａ図に描かれる
。
測定器具１２のセンサヘッド５４は第２図および第３図
に描かれる。センサヘッド５４は、概して、センサ本体
５６、レーザビーム伝送端部５８、レーザビーム受は端
部６０、かつセンサ電子工学系６２を含む。レーザ伝送
端部はレーザダイオード６４および集束レンズ６６を含
む。レーザ受は端部６０は検出器６８および光フィルタ
７０を含む。センサ本体５６はレーザ伝送端部５８とレ
ーザ受は端部６０との間で測定領域を規定するキャビテ
ィ７２を含む。１対の状態指示ＬＥＤ７４．７６はセン
サヘッド５４の出力およびフォールト状態を指示するた
めにセンサ本体５６上に位置決めされる。
センサ電子工学系６２は、電子工学系７７の決定論理と
同様に、第７図から第１１図に関連して詳細に説明され
る。測定器具１２の測定理論および動作は電子回路を詳
細に説明する前に説明されるであろう。
器具１２によるドリルビット直径、振れ、およびドリル
先端位置の測定は、ドリルビット４２を焦点を合わせら
れたレーザビーム８０の焦点７８に通し、かつそれが焦
点を合わせられたレーザビーム８０のすべてまたは一部
を遮断するときドリルビット４２の位置を決めることに
基づく。焦点７８でのレーザビーム８０の直径は、典型
的に、０．００１インチであり、ドリルビット４２がビ
ーム８０に入るときの非常に正確な指示を許容する。さ
らに、典型的な回路基板穴開は機械は０゜０００１イン
チの位置決め精度でプラテン１６に関し水平Ｘおよびｙ
軸に、かつ０．０００２インチの精度で垂直Ｚ軸にドリ
ル１８を位置決めすることができる。
レーザビーム８０の遮断は検出器６８の出力をモニタし
、かつ検出器ａカがその最大規模の値の５０％のときを
定めることにより、測定器具１２によって定められる。
各測定ゲージ２５は、ドリルビットがレーザビーム８０
の中にある間、ドリルビット４２の角配向の読取りを提
供する。ドリル直径、振れ、および先端位置は、ＸＮ３
’およびｚ軸でのドリルビットの位置を記録し、かつビ
ーム遮断および遮断を解くことが起こるとき、ドリルビ
ット４２の角配向をｘｌｙおよびｚ軸でのドリルビット
４２の記録された位置と比較することにより、計算され
る。
より特定的には、ドリル直径および振れの測定は第３図
から第６図を参照して説明される。ドリルビット４２は
第３図に描かれるようにセンサ本体５６の測定領域キャ
ビティ７２の中に最初に位置決めされ、かつドリルスピ
ンドル３２により動作速度で回転させられる。センサヘ
ッド５４およびドリルビット４２はそれから、センサヘ
ッド５４がドリルビット４２に関しｙ方向に移されるよ
うに（第３図を参照）互いの相対運動で位置を変えられ
る。ドリルビット４２が、最初に、焦点を合わせられた
レーザビーム７８を遮断するとき、（第５図においてｙ
ｌとして注釈をつけられたように）センサ本体５６の位
置は記録される。ビーム７８がドリルビット４２により
最初に遮断されると同時に、角測定ゲージ２５は読まれ
、かつドリルビット４２の角配向は記録される。そのよ
うに記録された基準角は第５図のドリル本体４２上のチ
エツクマークＭにより示される。
ドリルビット４２が振れを示すと想定し、ドリルビット
４２により刻まれた作動しているエンベロープはドリル
ビットの直径より大きいであろうし、かつドリルビット
４２の本体の一方側はドリルビット４２の他方側がする
前にビーム７８を遮断するであろう。ドリルビット４２
が第５図のＭにより示される角配向から１８０’回転さ
せられた状態でビーム遮断が起こるときドリルビット４
２に関しセンサヘッド５４の位置を測定することは、振
れの測定を提供する。特に、第５図の想像線で、かつマ
ークＭ′により示されるように、ドリルビット４２が１
８０°回転したとき、ビーム遮断は位置ｙ２で起こる。
位置ｙ２およびｙｌの間の差はドリルビット４２のドリ
ルの振れに等しい。
第６図を参照すると、ドリル直径はドリルビット４２に
関しｙ方向にセンサ本体５６の位置を変え続ける一方で
、またドリルビット４２の角配向をモニタすることによ
り定められる。第５図のように、第６図の位置ｙ１は、
センサ本体５６がドリルビット４２に関しその軸に動か
されるのでビーム遮断が最初に起こるときのセンサ本体
５６の位置を示す。再び、第６図のように、第６図のマ
ークはビーム遮断が最初に起こるときのドリルビット４
２の角配向を示す。位置ｙ３は、ドリルビット４２がレ
ーザビーム８０をもはや遮蔽せず、かつドリルビットが
それがｙｌにあったときと同じ角配向にあるときのｙ軸
におけるセンサ本体の位置を示す。位置ｙ３とｙｌとの
間の差はドリルビット４２の直径に等しい。
垂直方向のドリル先端４２の位置はレーザビーム８０の
焦点７８をドリルビット４２の回転の軸の直接下に位置
決めすることにより定められる。
スピンドル３２、かつしたがってドリルビット４２は次
に、レーザビーム７８がドリルビット４２により遮断さ
れるまで下げられる。ビーム遮断のときのスピンドル３
２の垂直位置は垂直方向（２軸）にドリル先端４２を正
確に位置するために記録される。
測定器具１２の電子回路は第７図および第８図のブロッ
ク図フォーマットで描かれる。特に、センサヘッド電子
工学系６２は第７図で描かれ、かつ決定論理回路７７は
第８図で描かれる。
第７図を参照すると、センサ電子工学系６２は、（第２
図および第３図でも描かれる）検出器６８、コンパレー
タ８１、およびライントライバ８２を含む。検出器６８
は検出器６８に衝突する光の量に対応して、コンパレー
タ８１に電圧出力レベルを与える。検出器６８の出力電
圧はしたがって、レーザビーム８０の遮断の量に逆比例
して関連する。
コンパレータ８１は検出器出力電圧をプログラム可能な
アレイ論理装置（ＰＡＬ）８４により制御される段をつ
けられた基準電圧と比較し、それによりビーム遮断の出
力測定をライントライバ８２に与える。
ＰＡＬ８４はレーザ出力制御を測定機器１２に与え、コ
ンパレータ８１に段をつけられた基準電圧を与えるため
にＤ／Ａ変換器８５を駆動し、かつ測定領域キャビティ
７２における塵および破片によるレーザビーム８０の遮
蔽を補償するためにコンパレータ８１に与えられる基準
電圧を自動的に調整するための較正論理を含む。ＰＡＬ
８４は、クロック８６、パワーオンスイッチ８８、およ
びコンパレータ８１からの入力を受ける。ＰＡＬ８４か
らの出力は、コンパレータ８１、レーザ出力制御回路９
０、ならびにフィールドおよび“レーザ　オン”指示Ｌ
ＥＤ７４．７６への入力のためにＤ／Ａ変換器８５を介
し与えられる。ＰＡＬ８４の動作は、決定論理回路７７
の説明の後、第９図の論理フローシーケンス図に関連し
より詳細に説明される。
第８図を参照すると、決定論理回路７７は決定論理プロ
グラム可能アレイ論理装置（ＰＡＬ）９４のまわりに基
礎をおかれる。決定論理ＰＡＬ９４への入力は、ライン
受信機９６を介しライントライバ８２から受けられるビ
ーム遮断信号と、角測定ゲージ２５からのドリルビット
４２の角配向に関連する信号とを含む。角配向信号は同
期周波数逓倍器９８を経て受けられる。決定論理ＰＡＬ
９４はまたクロック９８９およびマスクリセット１００
からの入力を受ける。決定論理ＰＡＬ９４の出力はドリ
ルビット直径、振れおよび先端位置エンコーダ１０１を
駆動する。
決定論理ＰＡＬ９４はプログラムされた不明瞭な論理機
能ブロックである。位置端縁検出器、カウンタ、および
決定論理ユニットはＰＡＬ９４に含まれる。位置端縁検
出器は逓倍器９８を経て角配向ゲージ２５から受けられ
る角配向信号を調節するために使用される。ＰＡＬ９４
カウンタは、（角配向信号の受けとりにより定められる
ように）ドリルビット４２の各完全な回転の後再び初期
化され、かつしたがってカウンタのカウントはＰＡＬ９
４にスピンドル角配向の指示を与える。ＰＡＬ９４の決
定論理ユニットはドリルビット４２の角配向をライン受
信機９６を経て受けられたビーム遮断信号と比較し、か
つ比較の結果をエンコーダ１０１に与える。
エンコーダ１０１は、ビーム遮断なしか、（第５図およ
び第６図の位置ｙ１に相関する）ビーム遮断の第１の例
か、（第５図の位置ｙ２に相関する）ビーム遮断の第２
の例か、（第６図の位置ｙ３に相関する）もはや遮断さ
れないビームかを示す、４状態２進出力を与える。エン
コーダの出力は、ドリルビット４２の正しい位置が、ビ
ーム遮断／遮断を解くことが起こるときに記録され得る
ように、回路基板穴開は機械の制御モジュールに与えら
れる。
センサ電子工学系６２の較正論理ＰＡＬ８４は、長期間
のレーザ出力ドリフトを補償するのと同様に、レーザビ
ーム８０の光経路における塵、埃および破片に対して検
出器６８から受けられるビーム遮断信号を自動的に補償
するためにプログラムされる。ＰＡＬ８４により使用さ
れる較正論理は第９図のフローシーケンスフォーマット
で描かれる。
第９図を参照すると、校正シーケンスは、ＰＡＬ８４が
レーザが付勢されたという指示をスイッチ８８上のレー
ザ出力から受けるときブロック１０２で始められる。ブ
ロック１０３で示されるように、“レーザ　オン”ＬＥ
Ｄ指示ライう７６をオンにするために信号がすぐに与え
られる。プログラムのフローは次にレーザ出力制御回路
９０が付勢されるブロック１０４に進む。
プログラムのフローは次に、較正論理ＰＡＬ８４がクロ
ック８６により与えられる予め定められた数のクロック
周期を待つブロック１０６に進み、レーザ出力が安定す
るのを許容する。プログラムのフローはそれからＰＡＬ
８４の中のカウンタが初期化されるブロック１０８に進
む。Ｄ／Ａ変換器８５の電圧出力はＰＡＬ８４カウンタ
の値に直接関連しており、カウントが高（なればなるほ
どＤ／Ａ変換器８５の電圧出力が高くなる。Ｄ／Ａ変換
器８５の出力はコンパレータ８１に与えられ、かつビー
ム遮断の量を定めるために検出器６８の出力電圧の測定
のための基準電圧として使用されるということが思い出
されるであろう。ＰＡＬカウンタがブロック１０８で初
期化された後、プログラムのフローはＰＡＬ８４カウン
タが増分させられるブロック１１０に進む。プログラム
のフローは次にＰＡＬ８４カウンタが予め定められた最
大カウントを超えて増分させられたかどうか判断される
決定ブロック１１２に進む。もしＰＡＬ　８４カウンタ
に対する最大カウントが到達されていなければ、プログ
ラムのフローは、ＰＡＬカウンタのカウントに対応する
Ｄ／Ａ変換器８５の電圧出力が検出器６８の増幅器出力
電圧を超えるかどうか判断される決定ブロック１１４に
進む。もしＤ／Ａ変換器８５からの出力が検出器６８の
増幅器出力を超えなければ、プログラムのフローはＰＡ
Ｌカウンタが再び増分させられるブロック１１０へ循環
して戻される。
プログラムのフローは、もしＰＡＬカウンタがその予め
定められた最大カウント上に増加されていれば、決定ブ
ロック１１２からクロック１１６に向けられる。上述の
ように、ＰＡＬ８４カウンタのカウントはＤ／Ａ変換器
８５から出力される比較電圧に対応する。もし、比較電
圧が検出器６８から出力される電圧のレベルに到達する
前にＤ／Ａ変換器８５からの比較電圧がその予め定めら
れた最大点に達すれば（すなわち、ＰＡＬカウンタはそ
の予め定められた最大点に達する）、レーザ出力制御回
路９０、検出器６８、またはコンパレータ８１は正しく
機能していない。したがって、プログラムのフローはフ
ォールト信号が発生されるブロック１１６に進む。プロ
グラムのフローはブロック１１６からブロック１１８に
進みフォールトＬＥＤ７４をオンにする。
Ｄ／Ａ変換器８５の出力比較電圧が、ＰＡＬ８４カウン
タにより定められるように検出器６８の出力電圧より高
いとき、プログラムのフローは決定ブロック１１４から
決定ブロック１２０に向けられる。プログラムのフロー
がブロック１１４から１２０に移り変わるとき、Ｄ／Ａ
変換器比較電圧の値は検出器出力電圧の読取りにレーザ
ビーム８０が完全にないドリルビット４２を与えるとい
うことが認識されるであろう。決定ブロック１２０で、
ＰＡＬ８４カウンタのカウントは予め定められた最小カ
ウンタに比較され、Ｄ／Ａ変換器からの比較電圧（およ
び、したがって、検出器６８からの出力電圧）が予め定
められた最小電圧に達したかどうかを立証する。もし最
小電圧が得られなければ、それはレーザビームを遮蔽す
る塵および破片が多すぎて測定ができないということ、
ドリルがレーザビーム７８を遮断したこと、またはレー
ザ出力制御回路９０、検出器６８、またはコンパレータ
８１が正しく機能していないということを示すものであ
る。ＰＡＬ８４カウンタ出力が予め定められた最小点よ
りも小さい場合、プログラムのフローは決定ブロック１
２０からブロック１１６に進み、そこで誤り信号が発生
され、かつフォールトＬＥＤがオンにされる。
プログラムのフローは、ＰＡＬ８４カウンタ、かつした
がってＤ／Ａ変換器８５からの比較電圧が必要とされる
最小点を超えるとき、決定ブロック１２０からブロック
１２２に進む。決定ブロック１２２で、ＰＡＬカウンタ
は２で割られ、検出器６８の出力レベルの５０％である
比較電圧しきい値を確立する。そのように確立された５
０％のコンパレータしきい値は、レーザビーム７８の５
０％がドリルビット測定動作の間ドリルビット４２によ
り遮蔽されるときを定めるために使用される。したがっ
て、検出器６８により検出される光の量が、ドリルビッ
ト４２にレーザビーム８０がまったくないとき検出器６
８に衝突する光の量の５０％であるとき、“ビーム遮断
”がコンパレータ８１により決定される。プログラムの
フローはブロック１２２からブロック１２４に進み、そ
こでドリルビット直径、振れ、および先端位置の測定が
始められる。
較正論理シーケンスは、ドリルビット４２の各個々の測
定の前にＰＡＬ８４により行なわれる。
較正シーケンスフロー図の決定ブロック１１４で定めら
れるように、レーザビーム８０が完全にないドリルビッ
ト４２を有する検出器６８の出力レベルはしたがって各
測定をする前に再び確立される。“ビーム遮断”は、ド
リルビット４２をレーザビーム８０に通す直前に測定さ
れるように検出器６８の出力電圧の予め定められた割合
として定められるので、検出器の出力電圧を低下させる
かもしれないレーザビーム８０における塵および破片は
ドリルビット４２によるビーム遮断の決定に影響を及ぼ
さない。
第１０図はセンサ電子工学系６２の詳細な図であり、か
つ第１１図は決定論理回路７７の詳細な図である。第１
０図および第１１図における１点鎖線は図に描かれる個
々の電気要素を第７図および第８図のブロック図に描か
れるブロック構成要素に互いに関係付ける。以下の解説
は第１０図および第１１図の図を見る際に当業者の補助
をするであろう。
レーザ出力制御回路９０は一定の光出力をモニタし、か
つ維持するレーザダイオード６４で包装されたフォトダ
イオード１２６を使用する。プログラミング抵抗器１２
８はレーザダイオード６４の光出力を選択するために使
用される。
検出器６８は、検出器６８のフォトダイオード１３２上
に注ぐ光の量に比例した電圧を発生するトランスインピ
ーダンス増幅器１３０を含む。コンパレータ８０の増幅
器１３３はビン２で検出器増幅器１３０の出力を受け、
かつ検出器出力をＤ／Ａ変換器８５によりそのビン３で
与えられる基準電圧と比較する。ライントライバ８２は
コンパレータ８０の出力をバスＪ１のビン５および９を
経て決定論理回路７９のライン受信機９６に与える。
較正論理ＰＡＬ８４はＰＡＬチップＵ７およびＵ８を含
む。Ｕ７上の１５を通した出力ビン１２と、Ｕ８の１９
を通した出力ピン１６とはＤ／Ａ変換器８５にＰＡＬカ
ウンタ出力を与える。
決定論理ＰＡＬ９４はライン受信機９６を経てＵ５のビ
ン３でビーム遮断信号を受け、かつＵ５のビン４でドリ
ルビット角配向読取りを受ける。
同期周波数逓倍器９８は角測定ゲージから受けられる１
ドリル回転当たりのパルスの数を増加させるために使用
される。特に、角測定ゲージは６０°の間隔でドリルビ
ット角配向の読取りを提供するであろう。同期周波数逓
倍器９８は、角測定ゲージ２５により与えられる６０°
のマークの間のドリルビットの角の位置を補間するため
の手段を与える。周波数逓倍された信号とドリルビット
の実際の角配向との間の位相関係は測定にわたって一定
にとどまるということが明らかとなるであろう。したが
って、同期周波数逓倍器９８は位相ロックループおよび
ｎカウンタによるデジタル分割を含む。
【図面の簡単な説明】
第１図は、その上に装着されるこの発明に従ったレーザ
に基づく測定器具を有する自動回路基板穴開は機械の断
片的な正面図である。 第１ａ図は、基板に盲穴バイアが開けられた状態の自動
回路基板穴開は機械上に装着される印刷回路基板の拡大
された、断片的な図である。 第２図は、この発明に従った測定器具のセンサヘッドの
外部の一部を切取った斜視図である。 第３図は、測定器具のセンサヘッドの略平面図である。 第４図は、ドリルビットと測定領域との関係を示す図で
ある。 第５図は、ドリルビットの振れの測定を描くドリルビッ
トの略図である。 第６図は、ドリルビット直径の測定を描くドリルビット
の略図である。 第７図は、測定器具のセンサヘッド電子工学系のブロッ
ク図である。 第８図は、測定器具の決定論理電子工学系のブロック図
である。 第９図は、穴開は工程の塵および断片副産物により起こ
される光の遮蔽の変化する度合いにセンサヘッドを較正
するように使用される較正シーケンスを描く論理フロー
図である。 第１０図は、センサヘッド電子工学系の略図である。 第１１図は、決定論理電子工学系の略図である。 図において、１２は測定器具、１４は自動回路基板穴開
は機械、１６はプラテン、１８はドリル、２０はドリル
水平位置決め棒である。

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）作動するエンベロープを規定する回転する要素の
    横の変化を測定するための装置であって、 前記回転する要素の角の位置を定めるための角測定手段
    と、 第１のおよび第２のエンベロープ端縁位置を与えるため
    に前記エンベロープの端縁を前記回転する要素の第１の
    、および第２の角の位置に置くためのセンサ手段と、 前記第１の、および第２のエンベロープ端縁位置の間の
    線形差を定めるための測定手段とを含み、それによって
    、前記線形差は前記横の変化の測定を提供する、装置。
  2. （２）物体の存在を検出するための装置であって、 エネルギの源を与えるための伝送手段と、 前記伝送手段から伝送されたエネルギを受けるためのセ
    ンサ手段と、 前記伝送手段および前記センサ手段のない第１の位置か
    ら、前記物体が前記伝送手段から伝送されるエネルギの
    少なくとも一部が前記センサ手段により検出されるのを
    防げる第２の位置へ、前記物体の位置を変えるための手
    段とを含み、 前記センサ手段に操作可能に連結され、前記伝送手段か
    らの前記センサ手段により受けられるレベルを測定する
    ためのエネルギ測定手段と、前記物体が前記第１の位置
    にあるときベースラインエネルギレベルを設定するため
    の較正手段と、前記ベースラインエネルギレベルの予め
    定められた割合でしきい値エネルギレベルを設定するた
    めの手段とをさらに含み、それによって前記しきい値エ
    ネルギレベルの値がベースラインエネルギレベルの変化
    と直接の関係で変化し、 前記センサ手段により受けられるエネルギレベルが、前
    記物体が前記第２の位置にあることにより前記しきい値
    エネルギレベルに、または前記しきい値エネルギレベル
    の下にあるときを定めるための比較手段をさらに含む、
    装置。
  3. （３）回転するドリルビットまたは同様の回転する物体
    の作動している寸法を測定するための装置であって、 レーザビームを与えるための手段と、 前記ビームを検出するためのセンサ手段と、前記回転す
    る物体に操作可能に連結され、前記物体の角の位置を定
    めるための角測定手段と、前記物体が前記ビームの中に
    持ち込まれるとき前記物体による前記センサ手段からの
    光の遮蔽を検出するための測定手段と、 前記角測定手段および前記測定手段に操作可能に連結さ
    れ、前記物体の前記角の位置を前記物体による前記セン
    サ手段からの光の遮蔽と相関係させるための相関手段と
    を含む、装置。
  4. （４）前記角測定手段は、予め定められた角の間隔で回
    転する要素の角の位置の指示を与えるための指示手段を
    含む、請求項１記載の装置。
  5. （５）前記角測定手段は、前記予め定められた間隔の間
    で回転する要素の角の位置を補間するための補間手段を
    さらに含む、請求項４記載の装置。
  6. （６）前記補間手段は、回転する要素の角の位置の前記
    指示の間にカウントを与えるためのカウンタ指示を含む
    、請求項５記載の装置。
  7. （７）前記補間手段は、位相ロックループ手段をさらに
    含み、前記カウンタ手段は位相ロックループ手段のフィ
    ードバックループにおけるｎカウンタによる分割を含む
    、請求項６記載の装置。
  8. （８）前記センサ手段は、レーザビームを伝送するため
    の手段と、前記レーザビームを通し前記回転する要素の
    位置を変えるための手段と、前記レーザビームを検出す
    るための手段と、前記検出手段に操作可能に連結され前
    記レーザビームの強度を測定し、それによって前記レー
    ザビームの中の前記回転する要素の存在または不在は前
    記検出手段により受けられるレーザビームの強度を測定
    することにより定められ得る測定手段とを含む、請求項
    １記載の装置。
  9. （９）前記検出器手段は前記検出器手段に当たるレーザ
    光の量に対応して電圧出力レベルを与えるための手段と
    、基準電圧を与えるための手段と、前記出力電圧を前記
    基準電圧と比較するためのコンパレータ手段とを含む、
    請求項８記載の装置。
  10. （１０）基準電圧を与えるための前記手段は、前記回転
    する要素が前記レーザビームにないとき前記検出器手段
    のベースライン電圧出力レベルを定めるための手段と、
    前記ベースライン電圧の予め定められた断片として前記
    基準電圧を確立するための手段とを含む、請求項９記載
    の装置。
  11. （１１）前記レーザビームを通し前記回転する要素の位
    置を変えるための手段を含み、前記第１の角の位置は前
    記回転する要素が最初にレーザビームに入るときに位置
    され、かつ前記第２の角の位置は前記第１の角の位置か
    ら一般に１８０°間隔を空けられる、請求項１記載の装
    置。
  12. （１２）前記伝送手段はレーザビームを伝送するための
    手段を含み、かつ前記センサ手段は前記レーザビームの
    存在を検出するための手段を含む、請求項２記載の装置
    。
  13. （１３）前記エネルギ測定手段は、前記レーザビームを
    遮蔽する前記物体の不在において、前記センサ手段によ
    り検出されるように前記レーザビームの強度を定めるた
    めの手段を含む、請求項１２記載の装置。
  14. （１４）前記比較手段は、前記センサ手段により感知さ
    れるエネルギレベルがエネルギレベルの許容範囲の外に
    あるときを定めるための手段を含む、請求項２記載の装
    置。
  15. （１５）前記比較手段に操作可能に連結され、前記エネ
    ルギレベルが前記許容範囲の外にあるときフォールト信
    号を与えるためのフォールト指示手段を含む、請求項１
    ４記載の装置。
  16. （１６）前記センサ手段は前記センサ手段により受けら
    れるエネルギレベルに対応して電圧レベルを確立するた
    めの手段と、前記電圧レベルを数値として表わすための
    カウンタ手段とを含み、前記較正手段は、前記物体が予
    め定められた要因により前記第１の位置にあり前記しき
    い値エネルギレベルを確立するとき前記カウンタ手段に
    より提示される数値を割るための手段を含む、請求項２
    記載の装置。
  17. （１７）前記角測定手段は予め定められた角の間隔で回
    転する要素の角の位置の指示を与えるための指示手段を
    含む、請求項１６記載の装置。
  18. （１８）前記角測定手段は、前記予め定められた間隔の
    間で回転する要素の角の位置を補間するための補間手段
    をさらに含む、請求項１７記載の装置。
  19. （１９）前記補間手段は回転する要素の角の位置の前記
    指示の間にカウントを与えるためのカウンタ手段を含み
    、前記カウントの値は前記予め定められた間隔の間で前
    記回転する要素の角の位置の指示を与える、請求項１８
    記載の装置。
  20. （２０）前記補間手段は、位相ロックループ手段をさら
    に含み、前記カウンタ手段は位相ロックループ手段のフ
    ィードバックループにおけるｎカウンタによる分割を含
    む、請求項１９記載の装置。
  21. （２１）前記測定手段は、前記物体が前記レーザビーム
    の外にあるときベースライン光レベルを設定するための
    、かつ前記ベースライン光レベルの予め定められた割合
    でしきい値光レベルを設定するための較正手段を含み、
    それによって前記しきい値光レベルの値はベースライン
    光レベルの変化と直接の関係で変化する、請求項２０記
    載の装置。
  22. （２２）前記角測定手段は予め定められた角の間隔で回
    転する要素の角の位置の指示を与えるための指示手段を
    含む、請求項３記載の装置。
  23. （２３）前記角測定手段は前記予め定められた間隔の間
    で回転する要素の角の位置を補間するための補間手段を
    さらに含む、請求項３記載の装置。
  24. （２４）前記補間手段は回転する要素の角の位置の前記
    指示の間カウントを与えるためのカウンタ手段を含む、
    請求項２３記載の装置。
  25. （２５）前記補間手段は位相ロックループ手段をさらに
    含み、前記カウンタ手段は位相ロックループ手段のフィ
    ードバックループにおけるｎカウンタによる分割を含む
    、請求項２４記載の装置。
  26. （２６）前記レーザビームを通る移動の経路に沿って前
    記回転する物体の位置を変えるための手段を含み、前記
    関係付け手段は移動の前記経路に沿った前記回転する物
    体の位置を前記測定手段により検出される光の遮蔽と相
    関させるための手段を含む、請求項３記載の装置。
  27. （２７）作動するエンベロープを規定する回転する要素
    の作動している寸法を測定するための装置であって、 前記回転する要素の角配向を定めるための角測定手段と
    、 移動のエネルギ経路に沿ってエネルギの源を与えるため
    の伝送手段と、 前記伝送手段から伝送されるエネルギを受けるためのセ
    ンサ手段と、 前記要素を移動の前記エネルギ経路がない位置から、前
    記伝送されたエネルギの少なくとも一部が前記センサ手
    段により受けられることから前記要素により遮蔽される
    移動の前記エネルギ経路に沿った第２の位置へと動かせ
    る手段と、 前記角測定手段および前記センサ手段に操作可能に連結
    され、前記要素の前記角の位置を前記要素による前記セ
    ンサ手段からのエネルギの遮蔽に相関させるための相関
    手段とを含む、装置。
  28. （２８）前記角測定手段は予め定められた角の間隔で回
    転する要素の角の位置の指示を与えるための指示手段を
    含む、請求項２７記載の装置。
  29. （２９）前記角測定手段は、前記予め定められた間隔の
    間で回転する要素の角の位置を補間するための補間手段
    をさらに含む、請求項２７記載の装置。
  30. （３０）前記補間手段は回転する要素の角の位置の前記
    指示の間にカウントを与えるためのカウンタ手段を含む
    、請求項２７記載の装置。
  31. （３１）前記補間手段は、位相ロックループ手段をさら
    に含み、前記カウンタ手段は位相ロックループ手段のフ
    ィードバックループにおけるｎカウンタによる分割を含
    む、請求項２７記載の装置。
  32. （３２）前記相関手段は、移動の前記経路に沿った前記
    回転する要素の位置を前記要素による前記センサ手段か
    らのエネルギの吸蔵と相互に関係付けるための手段を含
    む、請求項２７記載の装置。
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