JPH10328978A - 加工工具を用いてワーク基準位置を測定可能な加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの基準位置を工具で測定しながら順次
加工をすることのできる加工機を提供する。 【解決手段】 加工工具１９を装着可能なフローティン
グベース１７を移動ベース１２に対して所定軸方向に微
小量移動自在に支持し、加工前にワーク１０に対して工
具１９ａを接触させ、このときのフローティングベース
１７の動きを位置検出センサ２４によって検出し、ワー
ク１０の基準位置を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加工工具を用いてワ
ーク基準位置を測定可能な加工機、特に加工途中におい
てワーク基準位置を自動的に測定しながら最適な加工を
継続することのできる改良された加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークテーブルに固定されたワークに各
種の加工を施すためにＮＣ制御された加工機が用いら
れ、加工工具としては、各種のドリル、リーマあるいは
フライス、バイト等が利用される。通常のＮＣ加工機に
おいては、あらかじめプログラムされた加工データに従
って加工工具がワークに沿って移動し、マシニングセン
タなどと組み合わせることによって複雑な加工を全自動
化されたプロセスで行うことができる。

【０００３】しかしながら、このような大型のＮＣ加工
機ばかりでなく、近年においては各種の軽加工にもＮＣ
制御が広く利用されている。

【０００４】この種の軽加工として、例えばプリント配
線基板などの修正加工が挙げられる。プリント配線基板
では、あらかじめ設定された配線が絶縁基板上に印刷さ
れており、このような基板を大量生産することによって
各種の利用に供するが、その利用時には配線の一部修
正、変更などが必要となる場合があり、このような事態
に対処するために、プリント配線基板の所定配線部を切
断除去するような加工が要求される。通常の場合、この
ような加工は完成したプリント配線基板をテーブル上に
固定し、電動リュータを工具ホルダに固定し、必要な部
分の切削除去が行われる。電動リュータの送りは、通常
の場合あらかじめセットされたＮＣプログラムに従って
自動的に行われるが、このような軽加工の場合、ワーク
例えばプリント配線基板の厚みばらつき、反りなどのた
めに切削量が必ずしもあらかじめ定められたプログラム
通りに実行できない場合がある。すなわち、リュータな
どの加工工具はその先端位置が正しく制御され、テーブ
ルに対して所定の深度まで切削を行うが、前述したよう
に基板自体の寸法誤差、反りなどによって実際に基板表
面から削り取られる量がその都度変動してしまう問題が
あった。近年のプリント配線基板はほどんどが多層基板
から成り、前述したような表面の切削深さが所定範囲か
らはずれると、内部層まで削り取ってしまう場合が生
じ、あるいは必要な表面の削り取りができない場合も生
じ、ＮＣプログラムによる最適加工がこのような軽加工
には適用しにくいという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このために、前述した
軽加工においては、ほとんど実際の加工中に作業者が加
工位置に置かれたワーク高さを測定してこの測定値をワ
ーク基準位置としてその都度加工量を調整しなければな
らなかった。このために、軽加工においてはＮＣ加工等
を適用する効果が少なく、あるいはほとんど手作業によ
る加工に頼らざるを得ないという問題があった。本発明
は、加工工具を用いてワーク基準位置を測定しながらこ
のような測定とこれに続く加工とを一連の自動化された
プロセスによって処理可能な改良された加工機を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る加工機は、保持ベースに対して所定軸
方向に移動自在な移動ベースと、前記移動ベースに対し
て前記所定軸方向に微小量移動自在に支持され、所望の
加工工具を装着可能なフローティングベースと、前記フ
ローティングベースをその自重に対してつり合い支持す
る支持手段と、前記フローティングベースを前記移動ベ
ースに対して固定するロック手段と、前記移動ベースと
前記フローティングベースとの間に設けられ、前記加工
工具とワークとの接触を検出する位置検出センサと、を
含み、前記加工工具を用いてワーク基準位置を測定可能
なことを特徴とする。

【０００７】本発明によれば、前述したように、加工機
自体が保持ベース、移動ベース、フローティングベース
の各ベースを有し、ワークの加工時には、あらかじめ定
められた手順に従って加工工具を用いてワークの表面位
置を測定し、これをワーク基準位置としてこれに引き続
く加工を行うことができ、それぞれの個別ワークに最適
な加工を自動的に行うことができるという利点がある。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１には本発明を電動リュータに
適用した好適な実施形態の正面図が示され、図２にはそ
の左側面図が、そして図３には電動リュータを取り外し
た要部断面図が示されている。

【０００９】図示していないが、本発明に係る加工機は
プリント配線基板の表面層印刷を除去するために電動リ
ュータを用いて基板の表面を切削除去する加工機であ
る。ワークすなわちプリント配線基板１０は図示してい
ない加工機のテーブル上に周知のクランプ機構によって
位置決め固定される。加工機は、前記テーブルに対して
ＸＹ軸に沿って平面移動可能な工具スライダを有し、工
具はＮＣプログラムなどで指定される加工座標に正しく
移動位置決めされる。前記図示していないスライダには
保持ベース１１が固定されており、前述の説明から明ら
かなように、この保持ベース１１も任意のＸＹ座標に移
動可能となる。

【００１０】加工機がＸＹＺの三次元加工を行うため
に、前記保持ベース１１には移動ベース１２が、この実
施形態においてはＺ軸方向に移動自在に支持されてい
る。図において、移動ベース１２は前記保持ベース１１
に回転可能に軸支されたボールネジ１３によってＺ軸方
向に移動され、このために、移動ベース１２には前記ボ
ールネジ１３と噛み合うボールナット１４が設けられて
いる。図において、前記ボールネジ１３はほぼ鉛直方向
に保持ベース１１で支持されており、保持ベース１１の
上方には前記ボールネジ１３を回転駆動するためのパル
スモータ１５が載置されている。そして、パルスモータ
１５の主軸と前記ボールネジ１３とはカップリング１６
によって一体に結合され、この結果、パルスモータ１５
を所定量回転駆動することによって、ボールネジ１３が
回転し、これに伴い回転を規制された前記移動ベース１
２が所定のＺ軸方向位置に移動位置決めされる。

【００１１】前記移動ベース１２はテーブルに固定され
たワーク１０に対し三次元方向に移動可能であるが、本
発明において特徴的なことは、この移動ベース１２に対
して加工工具を保持するフローティングベース１７がＺ
軸方向に微小量移動自在に支持されていることである。
すなわち、フローティングベース１７はその一端がスラ
イドレール１８によってＺ軸方向に移動自在に支持さ
れ、このために、フローティングベース１７には前記ス
ライドレール１８と係合するためのレールガイド１７ａ
が設けられている。図１、２から明らかなように、前記
フローティングベース１７には所望の加工工具、実施形
態においては電動リュータ１９が着脱自在に装着されて
おり、電動リュータ１９の先端に固定されたドリル１９
ａがワーク１０の表面を所定深さまで削り取り、これに
よってプリント配線基板の表面層に設けられた回路の一
部を削り取り所望の回路修正、変更を行うことができ
る。

【００１２】スライドレール１８とレールガイド１７ａ
との係合のみでは、フローティングベース１７はそれ自
体の自重及び電動リュータ１９の自重によって常に最下
端まで落ち込み移動してしまうが、本発明においては、
フローティングベース１７をそれ自体及び電動リュータ
１９を含んだ自重に対してつり合い支持させるため支持
手段が設けられている。この支持手段は図２に詳細に示
されており、前記フローティングベース１７の一部に設
けられたスプリングホルダ１７ｂに圧縮バネ２０を圧縮
状態で挿入することによって所望の支持力が得られる。
すなわち、実施形態における加工工具であるドリル１９
ａがワーク１０と接触していない状態では、フローティ
ングベース１７は圧縮バネ２０によって上方へ押し上げ
られ、この状態で、フローティングベース１７は移動ベ
ース１２に対して浮いた状態でその位置が定められてい
る。従って、このフローティング状態において、本発明
に係る加工機は加工前の測定を加工工具を用いて行うこ
とができる。すなわち、前記フローティング状態では、
加工工具であるドリル１９ａは移動ベース１２に対して
Ｚ軸の上下方向にわずかに移動することができ、このワ
ーク１０と接触したときのわずかな移動を後述する位置
検出センサで検出することとなる。

【００１３】一方、前記位置測定が完了した後はワーク
基準位置が判明するので、所定のプリント配線基板表面
加工が制御装置から要求され、この加工時にはフローテ
ィングベース１７はそれ自体移動ベース１２に対してし
っかりと固定保持されなければならない。このために、
本発明においては前記フローティングベース１７を移動
ベース１２に対して固定するロック手段が設けられ、実
施形態においては、図３に示されるように、移動ベース
１２にフランジ２１を介して固定されたエアシリンダ２
２がこのロック手段を形成している。エアシリンダ２２
には図示していない配管を介して外部から高圧空気が供
給されており、フローティングベース１７の押しつけ面
１７ｃに向かって押しつけられるプランジャ２３を用い
て前記フローティングベース１７の固定が行われる。す
なわち、図３の開放状態からエアシリンダ２２が駆動さ
れると、プランジャ２３が下降し、その先端が前記押し
つけ面１７ｃと接触しさらにフローティングベース１７
を移動ベース１２の受け部１２ａに向かって押圧移動
し、フローティング状態の間隙ａだけフローティングベ
ース１７が移動したときに移動ベース１２に対してフロ
ーティングベース１７がしっかりと位置決め固定される
こととなる。もちろん、エアシリンダ２２には所望のダ
ンパ機構が組み込まれており、プランジャ２３はゆっく
りとフローティングベース１７を移動ベース１２に向か
って押し当てこの固定位置を保つことができる。

【００１４】前記移動ベース１２とフローティングベー
ス１７との間には、位置検出センサが設けられ、加工手
段である電動リュータ１９のドリル１９ａとワーク１０
との接触を検出することができる。図において、位置検
出センサは符号２４で示され、フローティングベース１
７に固定された容量検出センサからなる。このような容
量センサは周知であるので詳細な説明は省略するが、そ
の基板に対してＺ軸方向に移動可能なセンサプローブ２
４ａを有し、フローティングベース１７が上方向に移動
したときにこのセンサプローブ２４ａが固定部２５に接
触し、センサプローブ２４ａがセンサ２４の本体内に引
き込まれたときセンサ２４の静電容量値が変化し、これ
を外部から入力された高周波信号によって周波数変動等
として検出することが可能である。図示した実施形態に
おいて、前記固定部２５は移動ベース１２に固定された
マイクロメータヘッド２６の先端部として構成されてお
り、マイクロメータヘッド２６を回転することによって
前記固定部２５の位置を微小量調整し、位置検出センサ
２４の作動位置を調整することができる。従って、移動
ベース１２に対してフローティングベース１７が上方向
に移動して位置検出センサ２４が作動する位置は常に一
定となり、これを加工前に図示していない制御装置に記
憶させることができる。

【００１５】詳細には図示していないが、前記移動ベー
ス１２には監視カメラが載置されており、ＸＹ方向に移
動される移動ベース１２とワーク１０との相対位置を正
確に観測することができる。従って、特にＸＹ軸方向に
おける加工工具（ドリル１９ａ）とワーク１０との位置
はこの監視カメラによって正確に測定される。本発明に
係る加工機の好適な実施形態は以上の構成からなり、以
下に図４のフローチャートを参照しながらその測定及び
加工作用を説明する。

【００１６】図示した実施形態において、加工機の測定
及び加工はＮＣプログラムを利用した制御装置によって
行われ、制御装置がスタートすると、ＮＣプログラムに
よって加工座標が読み込まれる（工程Ｓ１）。この読み
込まれた加工座標に基づいて、ＸＹスライダ及び移動ヘ
ッド１２はドリル１９ａがワーク１２に接触しないよう
十分にＺ方向の間隙をもって指定された加工位置近傍ま
で高速に移動する（工程Ｓ２）。このとき、前述した監
視カメラはワークであるプリント配線基板の位置を正し
く監視し、テーブル上に大まかな位置で固定されている
ワーク１０とドリル１９ａとの位置を正しく調整する。
ドリル１９ａが加工位置近傍まで移動する初期状態にお
いては、前記エアシリンダ２２は非作動状態にあり、こ
の結果フローティングベース１７は移動ベース１２に対
してフローティング状態にある。そして、このフローテ
ィング状態では、前記位置検出センサ２４は検出信号を
出力していない。

【００１７】前記工程Ｓ２においてドリル１９ａが所望
の加工位置近傍まで移動した後、制御装置は低速移動へ
切り替え（工程Ｓ３）、さらにドリル１９ａをあらかじ
め定められた加工位置近傍のワーク１０表面に接触させ
る。この接触は、移動ヘッド１２に対するフローティン
グヘッド１７の上方への移動によって位置検出センサ２
４から検出信号が出力されることによって測定され、工
程Ｓ４はこのセンサ検出信号の有無を示す。工程Ｓ４に
おいて、位置検出センサ２４からのセンサ検出信号があ
るまで低速移動が継続され、センサ検出信号が出力され
るとパルスモータ１５はその回転を停止する（工程Ｓ
５）。

【００１８】そして、この停止状態においてＺ座標値す
なわちＺ０が読み取られ（工程Ｓ６）、その後パルスモ
ータ１５は一定量戻り移動をする（工程Ｓ７）。この一
定量の戻りは、加工工具であるドリル１９ａがワーク１
０から十分に離れる量に設定され、この後にエアシリン
ダ２２に所望の高圧空気が供給され、前述した如くフロ
ーティングベース１７は移動ベース１２に向かって下降
し両者が一体に固定状態となり、エアシリンダ２２はこ
のロック状態を維持する（工程Ｓ８）。

【００１９】一方、工程Ｓ６によって読み取られた座標
値Ｚ₀は制御装置に送られ、あらかじめ読み込まれた加
工座標に基づいた加工データをＺ₀補正する（工程Ｓ
９）。以上のようにして、必要な加工位置近傍のワーク
平面高さが加工工具によって正確に測定され、この測定
値によって加工データが補正された後工程Ｓ１０で示さ
れるようにこの補正データによる加工が行われる。そし
て、所望の修正あるいは変更加工が完了すると、再び工
程Ｓ１１による全加工終了の判定を行いながら次の加工
が繰り返され、全部の加工が完了して測定及び加工が終
了する。

【００２０】もちろん、本発明において、ワーク１０の
表面高さの測定は一カ所でもよく、あるいは加工の都度
行うようにしてもよい。

【００２１】さらに、実施形態においては、加工工具と
して電動リュータを用いたが、この工具は任意に変更可
能である。さらにフローティングベースをフローティン
グ状態にするための支持手段は図示した圧縮バネばかり
でなく他の任意の支持手段を採用可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加工工具を用いながら加工対象であるワークの基準位置
を簡単に測定しながら必要な加工を行うことができ、こ
の測定及び加工を連続的にかつ自動的に行うことが可能
なため、人手によることなく安定した加工品質を量産的
に行うことが可能となる。

【００２３】また、本発明によれば、ワークの板厚が変
動したりあるいは反りなどによって加工位置をあらかじ
め定められないような場合にもその都度測定加工を一連
の動作で自動的に行うことができるので、少量の簡単な
軽加工に特に好適な加工機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る加工機の好適な実施形態を示す
正面図である。

【図２】 図１の左側面図である。

【図３】 図２のＡ−Ａ方向からみた電動リュータを取
り外した状態の要部断面図である。

【図４】 本実施形態の測定加工プロセスを示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０ ワーク、１１ 保持ベース、１２ 移動ベース、
１７ フローティングベース、１９ 電動リュータ、１
９ａ ドリル、２０ 支持手段（圧縮バネ）、２２ ロ
ック手段（エアシリンダ）、２４ 位置検出センサ。

フロントページの続き (72)発明者 坂口 剛士 長野県上田市踏入２丁目10番19号 上田日 本無線株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保持ベースに対して所定軸方向に移動自
   在な移動ベースと、 前記移動ベースに対して前記所定軸方向に微小量移動自
   在に支持され、所望の加工工具を装着可能なフローティ
   ングベースと、 前記フローティングベースをその自重に対してつり合い
   支持する支持手段と、 前記フローティングベースを前記移動ベースに対して固
   定するロック手段と、 前記移動ベースと前記フローティングベースとの間に設
   けられ、前記加工工具とワークとの接触を検出する位置
   検出センサと、 を含み、前記加工工具を用いてワーク基準位置を測定可
   能な加工機。