TW202021693A - 鑽孔加工裝置及鑽孔加工方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]本發明的目的為，在使用以鑽石塗層這般絕緣體覆蓋刀尖部整體的鑽頭之鑽孔加工中，確實地感測鑽頭折損。[解決手段]一種鑽孔加工裝置，具備馬達一體型的主軸，以安裝在該主軸之轉子軸上的鑽頭對載置於桌台上的工件進行穿孔，其特徵在於，該鑽孔加工裝置具備：電容變化檢測部，檢測設於前述主軸的固定側並與前述轉子軸靜電耦合之電極與接地之間的電容器的電容變化，前述電容器的電容是以前述電極檢測；以及，控制部，在以該電容變化檢測部檢測出前述電容變化的時間點，判定前述鑽頭為折損。

Description

鑽孔加工裝置及鑽孔加工方法
本發明係關於一種鑽孔加工裝置及鑽孔加工方法，以鑽頭在例如印刷基板進行穿孔。
作為鑽孔加工裝置的鑽頭折損感測功能，現有被稱作DBDD（Direct Broken Drill Detection，直接斷鑽檢測）之方式，其在加工時於鑽頭接觸工件前一刻的時間點直接檢測鑽頭的物理性折損。此方式例如為專利文獻1所揭露的，在用來按壓印刷基板的構造體內，安裝投射光之發光部及接收從該發光部來的光之光感測器，並藉由位於結合兩者的光軸上之鑽頭對光感測器的遮光程度來感測鑽頭折損。 此方式的缺點是，因為其構造上發光部及光感測器間的光軸是形成在自鑽頭前端一定量之上的位置，所以在鑽頭折損是發生在前端的微小崩裂時就無法檢測，而成為以折損狀態實施穿孔動作，導致會損傷印刷基板的表面，或是產生未貫通孔。
作為解決上述方式之缺點的方法，有被稱作TBDD（Touch Broken Drill Detection，接觸斷鑽檢測）的方法，其在加工時於工具接觸到工件的時間點檢測工具的物理性折損。此方法例如為專利文獻2所揭露的，在鑽頭接觸到加工對象的印刷基板的時間點，藉由將產生在主軸的轉子軸上的軸電壓從導電性的鑽頭傳導至加工物來檢測，並以比較該檢測位置與基準位置的差來感測鑽頭的折損。
此外，例如專利文獻3所揭露的方式，檢測與接地之間的電容器的電容變化，並將鑽頭抵接工件的位置之正常性與基準位置作比較，來判定鑽頭折損，該電容器的電容是以與轉子軸靜電耦合的電極來檢測。 此方式的情況，每次將鑽頭裝設到主軸時，需要事先掌握該鑽頭正常基準位置之動作，會使鑽頭折損的判定處理更為複雜。而且，若用此方式，必須設定預定寬度作為基準位置，但此寬度亦是誤判定之原因。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利第3912925號說明書 [專利文獻2]日本特開2001-341052號公報 [專利文獻3]日本特開2015-223685號公報 [專利文獻4]日本特開2003-1509號公報
[發明所欲解決的課題] 最近為了延長鑽頭使用壽命，以作為絕緣體的鑽石塗層覆蓋鑽頭刀尖部整體之鑽頭有所增加。使用此類鑽頭時，即使鑽頭接觸印刷基板，產生在主軸的轉子軸上的軸電壓仍不會傳導到加工物，故無法使用專利文獻2之方式。 爰此，本發明之目的為，在使用以鑽石塗層這般絕緣體覆蓋刀尖部整體的鑽頭之鑽孔加工中，確實地感測鑽頭折損。
[解決課題的技術手段] 為解決上述課題，本申請所揭露的發明中，代表性的鑽孔加工裝置具備馬達一體型的主軸，以安裝在該主軸之轉子軸上的鑽頭對載置於桌台上的工件進行穿孔，其特徵在於，該鑽孔加工裝置具備：電容變化檢測部，檢測設於前述主軸的固定側並與前述轉子軸靜電耦合之電極與接地之間的電容器的電容變化，前述電容器的電容是以前述電極檢測；以及控制部，在以該電容變化檢測部檢測出前述電容變化的時間點，判定前述鑽頭為折損。
再者，本申請所揭露的發明中，代表性的鑽孔加工方法是以安裝在馬達一體型的主軸之轉子軸上的鑽頭對載置於桌台上的工件進行穿孔，其特徵在於：前述鑽頭折損且該折損部的金屬部分接觸到工件時，在檢測出設於前述主軸的固定側並與前述轉子軸靜電耦合之電極與接地之間的電容器的電容變化的時間點，判定前述鑽頭為折損。
另外，本申請所揭露的發明之代表性特徵雖如上所述，但在此處未說明之特徵，亦適用於以下所說明的實施例，且亦如專利申請範圍所示。
[發明功效] 依據本發明，在使用以鑽石塗層這般絕緣體覆蓋整體的鑽頭之鑽孔加工中，可確實地感測鑽頭折損。
實施例 圖1係表示基於本發明的鑽孔加工裝置的構成之圖。圖1的各構成要素或連接線主要是表示用來說明本實施例的必要構件，並非表示鑽孔加工裝置所有必要的構件。 圖1的1是需經穿孔加工的印刷基板，2是載置印刷基板1的加工桌台，4是鑽頭。加工桌台2是藉由桌台驅動部5在水平方向上驅動，而定位以使鑽頭4朝向印刷基板1要穿孔的位置。6是使鑽頭4旋轉的主軸。主軸6係與以逆變器7驅動的馬達為一體成型的構造。8是保持主軸6的主軸單元，藉由主軸垂直驅動部9在垂直方向上驅動。 此處的鑽頭4，如圖2所示，鑽頭刀尖部的金屬部4a表面整體以作為絕緣體的鑽石塗層4b覆蓋。
回到圖1，3a是載置於印刷基板1上的導電片，發揮改善鑽頭4對印刷基板1的咬合並防止產生毛邊等的作用。3b是用於防止鑽頭4穿透印刷基板1而接觸加工桌台2的底板。在此處作為工件的是印刷基板1、夾持此印刷基板1的導電片3a及底板3b，但導電片3a及底板3b非為必要。
在主軸6的下方側，用來在穿孔加工時將含有導電片3a的工件按壓在加工桌台2的壓腳12透過汽缸13卡合至主軸單元8。當開始穿孔加工，則定位加工桌台2以使該孔洞位置能進行加工，並使主軸單元8由圖的狀態下降。 主軸單元8與壓腳12在垂直方向保持預定的間隔而卡合，當主軸單元8下降時，壓腳12隨著主軸單元8一同下降直到抵接導電片3a的表面為止。
當壓腳12抵接導電片3a的表面之後，壓腳12停在該位置，且卡合狀態偏移而僅主軸單元8下降，即能夠以鑽頭4進行穿孔。 完成一個穿孔時，會讓主軸單元8上升，但此時亦使壓腳12上升。當欲對下一個孔洞位置加工時，定位加工桌台2以使該孔洞位置可加工，並使主軸單元8下降，但此時與之前相同壓腳12亦一同下降。
14是偏移檢測器，由固定於主軸單元8的感測器15和固定於壓腳12的桿體16所構成。此偏移檢測器14於使主軸單元8下降時，壓腳12會抵接導電片3a的表面，而僅壓腳12無法再繼續下降，並在檢測出主軸單元8和壓腳12的卡合狀態在垂直方向相互偏移時，輸出偏移檢測訊號S。 17是稍後詳述之共振檢測部，檢測存在於主軸6內的電容器發生的共振，且共振檢測訊號R會由此處傳送到整體控制部18。
整體控制部18控制鑽孔加工裝置的整體，其內部設有：主軸驅動控制部19，利用來自主軸垂直驅動部9的進給位置資訊以辨識鑽頭4前端目前的高度位置，並控制主軸垂直驅動部9；桌台驅動控制部20，利用來自桌台驅動部5的進給位置資訊以辨識加工桌台2的二維位置，並控制桌台驅動部5；以及表面高度記憶部21，以偏移檢測器14檢測到偏移檢測訊號S時，根據來自主軸垂直驅動部9的進給位置資訊檢測導電片3a的表面高度並加以記憶。 主軸驅動控制部19係以檢測出的導電片3a的表面高度為基準，控制鑽盲孔時的深度，或採用專利文獻4（段落0004）所揭露的技術，在鑽頭4接觸導電片3a的前後切換主軸單元8之進給速度。
整體控制部18不僅具有此處說明之外的控制功能，並連接到未圖示的區塊。整體控制部18係以例如程式控制的處理裝置為中心所構成，其中各構成要素或連接線也包含邏輯上的構件。此外，各構成要素的一部分亦可和整體控制部18個別設置。
圖3係用來說明圖1的主軸6的電子系統相關部分之圖式。 圖3中使鑽頭4旋轉的主軸6係與以逆變器7驅動的馬達為一體成型，馬達的轉子為裝設鑽頭4的轉子軸22。23是用來和轉子軸22靜電耦合而接近轉子軸22以裝設在主軸6的固定側上之電極，亦是與接地之間檢測到的電容器的端子。共振檢測部17藉由電極23檢測電容器中發生的共振。
圖4係用來說明圖3中共振檢測部17之電路圖。 圖4中，25是在電極23和接地之間檢測到的電容器，26是其二次側藉由電極23與電容器25連接的變壓器；27是振盪出交流電的振盪電路，所述交流電的頻率在電容器25的電容小的情況下會引起並聯共振；28是共振檢測電路，在電容器25發生並聯共振而檢測到變壓器26一次側的電壓有巨大變化時，輸出共振檢測訊號R。 在鑽頭刀尖部的金屬部4a表面整體覆蓋有作為絕緣體的鑽石塗層4b之無折損的正常鑽頭4接觸導電片3a的狀態時電容器25的電容會變大，但如圖5所示般在折損部的鑽石塗層4b剝離而金屬部4a接觸導電片3a的狀態時電容則會變小。
在以上構成中，穿孔動作是主軸單元8下降而鑽頭4接觸導電片3a以進行穿孔。在此情況下，鑽頭刀尖部之金屬部4a表面整體覆蓋有作為絕緣體的鑽石塗層4b之無折損的正常鑽頭4，即使接觸導電片3a，以電極23檢測到的電容器25也不會是引起共振的電容量，所以不會感測到異常。 然而，若鑽頭4有折損時，鑽頭4的金屬部4a接觸導電片3a會讓電容器25的電容變小而發生共振，由共振檢測電路28檢測共振的發生，且共振檢測訊號R會送往整體控制部18。 整體控制部18一旦接收到共振檢測部17來的共振檢測訊號R，就會判定鑽頭4有折損，進而使主軸6上升以停止穿孔動作。
根據以上的實施例，不必說是鑽頭折損發生在鑽頭刀尖部中央的情況，即使只是在前端發生微小的崩裂，因為鑽頭4的金屬部4a接觸導電片3a則電容會變化，故可立即判定鑽頭折損。 此外，因為每次將鑽頭裝設到主軸時，不需要事先掌握該鑽頭正常基準位置之多餘動作，會使鑽頭折損的判定處理更為簡單。 並且因為不需要與預定寬度的基準位置比較，就不用擔心發生誤判。
另外，在將在鑽頭抵接工件的位置之正常性與基準位置作比較之既有方式中，不可能在鑽頭插入工件的狀態中檢測鑽頭有折損。因此，會有以折損的鑽頭繼續進行加工，而擴大加工不良部分的缺點。 若根據上述實施例，雖然亦視工件之構成，但在加工狀態下鑽頭一有折損電容就會變化，故在該時間點就能停止穿孔動作。所以不會以折損的鑽頭繼續加工，而能夠防止加工不良部分擴大。
以上雖基於實施例的型態具體說明了本發明，但本發明並未限定為前述實施型態，在未超出該主旨的範圍內不但可作各種變更，且包含各種變型例。 例如在上述實施例中，共振檢測部17是使用將二次側連接到電容器25的變壓器26，但也可以將電感串聯連接至電容器25以形成串聯共振電路，並藉由鑽頭4的金屬部4a接觸導電片3a，檢測其電容降低而發生的串聯共振。
此外，在上述實施例中，雖是在電容器25引起共振，以檢測電容變化的型態，但亦可用不引起共振的方法檢測電容變化。 例如亦可在電容器25給與交流電並監測其兩端電壓，由鑽頭4和導電片3a的接觸降低電容器25的電容後，檢測兩端電壓的降低。 另外，在上述實施例中，雖是導電片3a載置在印刷基板1上的情況，但不載置導電片3a而在印刷基板1的內層形成導電層，當鑽頭4的金屬部4a接觸印刷基板1時電容器25的電容也會變化，能夠感測鑽頭折損。
1:印刷基板 2:加工桌台 3a:導電片 3b:底板 4:鑽頭 4a:金屬部 4b:鑽石塗層 5:桌台驅動部 6:主軸 7:逆變器 8:主軸單元 9:主軸垂直驅動部 12:壓腳 13:汽缸 14:偏移檢測器 17:共振檢測部 18:整體控制部 19:主軸驅動控制部 20:桌台驅動控制部 21:表面高度記憶部 22:轉子軸 23:電極 25:電容器 26:變壓器 27:振盪電路 28:共振檢測電路 S:偏移檢測訊號 R:共振檢測訊號
圖1係表示本發明的一種實施例的鑽孔加工裝置的構成之圖式。 圖2係表示圖1的鑽孔加工裝置中使用的鑽頭的構造之剖面圖。 圖3係用來說明圖1的鑽孔加工裝置中主軸的電子系統相關部分之圖式。 圖4係用來說明圖3中共振檢測部之電路圖。 圖5係表示本發明的一種實施例中折損的鑽頭接觸到加工物的狀態之圖式。
1:印刷基板
2:加工桌台
3a:導電片
3b:底板
4:鑽頭
5:桌台驅動部
6:主軸
7:逆變器
8:主軸單元
9:主軸垂直驅動部
12:壓腳
13:汽缸
14:偏移檢測器
15:感測器
16:桿體
17:共振檢測部
18:整體控制部
19:主軸驅動控制部
20:桌台驅動控制部
21:表面高度記憶部
R:共振檢測訊號
S:偏移檢測訊號

Claims (10)

  1. 一種鑽孔加工裝置，具備馬達一體型的主軸，以安裝在該主軸之轉子軸上的鑽頭對載置於桌台上的工件進行穿孔，其特徵在於，該鑽孔加工裝置具備： 電容變化檢測部，檢測設於前述主軸的固定側並與前述轉子軸靜電耦合之電極與接地之間的電容器的電容變化，前述電容器的電容是以前述電極檢測；以及， 控制部，在以該電容變化檢測部檢測出前述電容變化的時間點，判定前述鑽頭為折損。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鑽孔加工裝置，其中， 具備偏移檢測部，檢測用來將前述工件按壓在前述桌台之壓腳與保持前述主軸之主軸單元之卡合狀態的偏移； 在以該偏移檢測部檢測出偏移時，檢測前述工件的表面高度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鑽孔加工裝置，其中， 前述電容變化檢測部在前述鑽頭折損且折損部的金屬部接觸到前述工件時，在包含前述電容器的電路中引起共振，以檢測電容的變化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鑽孔加工裝置，其中， 在檢測出前述電容變化的時間點，停止穿孔動作。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鑽孔加工裝置，其中， 在用來將工件按壓在前述桌台的壓腳抵接前述工件時，檢測該工件的表面位置。
  6. 一種鑽孔加工方法，以安裝在馬達一體型的主軸之轉子軸上的鑽頭對載置於桌台上的工件進行穿孔，其特徵在於： 前述鑽頭折損且折損部的金屬部接觸到工件時，在檢測出設於前述主軸的固定側並與前述轉子軸靜電耦合之電極與接地之間的電容器的電容變化的時間點，判定前述鑽頭為折損。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之鑽孔加工方法，其中， 在檢測出用來將前述工件按壓在前述桌台之壓腳與保持前述主軸之主軸單元之卡合狀態的偏移時，檢測前述工件的表面高度。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之鑽孔加工方法，其中， 前述鑽頭折損且該折損部的金屬部接觸到前述工件時，在前述電容器引起共振，以檢測電容的變化。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之鑽孔加工方法，其中， 在檢測出前述電容變化的時間點，停止穿孔動作。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之鑽孔加工方法，其中， 前述鑽頭之刀尖部整體以鑽石塗層覆蓋。
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