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JP2681732B2 - ボール盤およびボール盤上の工作物に穴明け加工を施す方法 - Google Patents

ボール盤およびボール盤上の工作物に穴明け加工を施す方法

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JP2681732B2
JP2681732B2 JP4260467A JP26046792A JP2681732B2 JP 2681732 B2 JP2681732 B2 JP 2681732B2 JP 4260467 A JP4260467 A JP 4260467A JP 26046792 A JP26046792 A JP 26046792A JP 2681732 B2 JP2681732 B2 JP 2681732B2
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JP
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drill
backup material
tool
vertical position
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JP4260467A
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デニス・エム・パンフリー
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エクセロン・オートメイション
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Publication date
Application filed by エクセロン・オートメイション filed Critical エクセロン・オートメイション
Publication of JPH05220610A publication Critical patent/JPH05220610A/ja
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Publication of JP2681732B2 publication Critical patent/JP2681732B2/ja
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    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/002—Means to press a workpiece against a guide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は一般に印刷回路基板ボ
ール盤等の加工機械の分野に関し、特定的には、穴加工
されている印刷回路基板を支持するバックアップ材への
ドリル工具の貫通の量をより正確に制御するように印刷
回路基板を穴加工するための改良された方法および装置
に関する。
【０００２】
【発明の背景】印刷回路基板の製造において、多くの場
合文字どおり何千もの小さな穴が各印刷回路基板へ穴加
工されなければならない。回路基板の大量生産におい
て、穴の加工は、印刷回路基板が水平のＸ−Ｙ平面で移
動可能な作業台上に通常装着されるコンピュータ制御の
自動ボール盤によって達成される。１枚のバックアップ
材が典型的には作業台の上側でかつ印刷回路基板の下側
に装着されるので、その結果ドリル工具は印刷回路基板
を貫通した直後に作業台の中へ食い込むことが防止され
る。
【０００３】通常作業台は中にドリル工具を装着したス
ピンドルによって位置決めされるように水平に移動する
ので、その結果穴は適切な配置で開口加工され得る。回
路基板の穴加工は縦のドリルストロークを経て各ドリル
スピンドルを下方へ移動させることによって達成され
る。この発明はスピンドルの下方へのストロークの終端
を最適に制御することに関する。
【０００４】印刷回路基板ボール盤の分野での重要な関
心は機械が穴を加工できる速度である。これは通常ボー
ル盤の生産性または「スループット」と呼ばれる。ボー
ル盤が任意の１つの穴を加工するのにかかる時間は比較
的短いが、穴加工される各回路基板は通常何千もの穴、
たとえば１基板につき２万個ものまたそれより多くの穴
を加工することを必要とする。その結果、１つの穴を加
工するための時間のいかなる小さな変動も大きく増大さ
れた効果を有しかつ長期的には非常に重要である。
【０００５】他の関心は、バックアップ材に穴があくこ
とを最小限に抑制することである。印刷回路基板を完全
に貫通して穴が加工されるとき、工具はドリルの穴が回
路基板の全深を通じて均一であるようにするためにある
程度バックアップ材を貫通しなければならない。しかし
ながら、かかる穴加工に必要な時間はドリルストローク
を延長しかつまたドリルの摩耗を引き起こすので、バッ
クアップ材への貫通の量を最小限にすることが所望され
る。その上回路基板は通常積み重ねて穴加工される。よ
り深く穴が加工されなければならないほど、ドリル工具
はその分長くなければならないが、ドリル工具がその直
径に対して長くなればなるほど、工具は壊れやすくなる
であろう。工具のバックアップ材への貫通を減少させる
ことによって、所与の直径の穴に対してより短い工具が
使用でき、それにより工具の破損の可能性を減少させ
る。
【０００６】先行技術の貫通穴加工技術はこれらの性能
基準を満足させることに成功していない。先行技術の機
械はドリルスピンドルの縦位置、つまり、スピンドルか
ら名目上の距離延在するドリル工具の先端を決定するセ
ンサを含む。１つのアプローチは工作物が完全に貫通穴
加工されたことを保証するのに十分深い予め選択された
縦位置まで単純に穴加工することであった。しかしなが
ら、いくつかの変数に適応するために、予め選択された
深さはバックアップ材の上表面よりはるかに下でなけれ
ばならず、かなりの量の不必要なバックアップの穴加工
という結果となる。たとえば、バックアップ材は完全な
平面ではなく、したがってその上表面の位置は推測する
ことしかできない。さらに、ドリルの摩耗によって、ド
リル工具の先端の正確な位置は変化する。使用中に、ド
リル工具は徐々に摩耗し、そのため時間が経過すると多
少短くなる。したがって工作物への穴加工の前に、摩耗
したドリル工具の先端の縦またはＺ軸位置は、その予想
位置、つまり新しい摩耗していないドリルの先端のＺ軸
位置よりも多くの場合高い。
【０００７】多重スピンドルボール盤でこの先行技術を
使用すると、すべてのドリル工具は、摩耗したドリル工
具でさえ工作物を完全に突き抜けて確実に穴加工するよ
うに工作物を越えてかつ工作物の下のバックアップ材へ
貫通する。結果として、摩耗していない、あるいはほん
のわずかしか摩耗していないドリル工具は、不必要にバ
ックアップ材へ深く穴加工し、不必要な穴加工運動の間
時間の損失を引き起こす。それに加えて、バックアップ
材への穴加工はドリル工具の一層の摩耗を引起し、かつ
バックアップ材の緩んだ粒子が工作物の穴加工された穴
の壁へ持ち上げられかつ埋め込まれることを引き起し、
それによって穴の質を低減させる。
【０００８】上記の問題に対する一解決策は、ボール盤
上のすべてのドリル工具を新しく摩耗していないドリル
工具と頻繁に取り換えることである。しかしながら、こ
の解決策は過大に費用を必要とし、かつ、再研磨によっ
て再利用することができるドリル工具を無駄にする。
【０００９】他のアプローチは、「深さ制御穴加工」と
呼ばれる、部分的にのみ工作物を貫通穴加工するように
設計された技術を使用することであった。深さ制御穴加
工では、新しいドリル工具の磨耗を考慮しない名目上の
位置からの摩耗したドリル工具の縦位置の調整または
「オフセット」は、穴加工が始まる前にドリル工具の先
端の正確な縦位置を把握するために、次のように決定さ
れる。ドリルストロークが始められると、穴の深さは工
作物の上表面を基準として測定される。この基準位置は
ドリルスピンドルに取付けられた押さえが工作物の上表
面に当接するときに検知される。ドリル工具の先端が工
作物の上表面がら所定の深さに達したとき、ドリルスト
ロークは終了される。この技術において、穴加工される
べき穴の深さを、貫通穴加工が所望される工作物の厚み
に等しいか、または、一体的に穴加工するために積み重
ねられた工作物の積み重ね状態の厚みに等しいとみなす
ことによって、貫通穴加工に適用することができる。
【００１０】深さ制御技術を貫通穴加工のために使用す
ることの欠点は、そこから穴の深さが測定される工作物
の頂上表面の縦位置の検知は不正確であり得ることであ
る。たとえば工作物の上表面上の破片によって不正確さ
が発生する。同様に工作物を完全に貫通穴加工するため
に穴の深さはどれぐらいでなければならないのかを決定
するために、穴加工されている工作物の厚さに関して仮
定がなされなければならない。工作物のうねりは穴が加
工されている場所によって工作物の厚さを変化させる結
果となり得るので、この仮定は不正確かもしれない。こ
れらの不正確さは、何枚かの印刷回路基板が貫通穴加工
のために積み重ねられたときに増大される。また積み重
ねられた工作物の間の破片は工作物の厚さの変化を引起
し得る。
【００１１】したがって、穴が工作物を完全に貫通して
穴加工されることを保証する一方で、またバックアップ
材の不必要な穴加工を最小限にする正確な貫通穴加工技
術への必要性が存在する。
【００１２】
【発明の概要】この発明は穴加工の間ドリル工具のバッ
クアップ材への貫通の深さを正確に制御するための方法
およびその装置である。バックアップ材の穴加工を最小
限にすることにより、この発明はボール盤スループット
を有利に増大し、ドリルの摩耗を低減し、かつ長さの割
合に対してより大きい直径を有するドリルの使用を許容
する。
【００１３】この発明の重要な特徴はバックアップ材の
正確な縦位置を決定するために穴加工の前にバックアッ
プ材の上表面の複数カ所の縦位置を実際に検知してデー
タを取得する、いわゆるマッピングを行なうことであ
る。好ましくは、グリッドに沿って測定がなされかつコ
ンピュータメモリに記憶される。この発明は、工作物の
上表面を基準に加工される穴の深さを測定するという上
記従来の方法の深さ制御では避けることのできない、ド
リルの磨耗に起因する縦位置制御の不正確さを伴うこと
なく、加工される穴の深さを予め定められた絶対的な縦
位置に設定するものである。この予め定められた位置
は、所与のドリル位置またはその近傍の領域でマッピン
グされたバックアップ材の上表面の位置を基準にするこ
とによって、かつバックアップ材の上表面からわずかに
下方の深さに絶対的縦位置を決めることによって達せら
れる。このように位置決めを行うことにより、ドリルの
磨耗を考慮しない名目上の位置からのドリル工具オフセ
ットのための補償がもなされることになり、結果として
迅速でかつ正確な貫通穴加工システムをもたらす。
【００１４】簡潔には、この発明は少なくとも縦方向で
可動のスピンドルを含むボール盤によって実施される。
ドリル工具は、その回転が工作物の穴加工を引き起こす
ように、前記スピンドルに取外し可能に装着される。工
作物が装着される作業台はスピンドルの下に位置決めさ
れ、かつ工作物をスピンドルの下の所望される場所へ位
置決めするように水平面で少なくとも一方向に移動可能
である。上表面を有するバックアップ材は、その上表面
を上方へ、すなわちスピンドルの方へ向けた状態で作業
台の上面に装着されるので、その結果作業台に装着され
る工作物はバックアップ材の上表面と直接接触するよう
に位置決めされる。
【００１５】この装置はバックアップ材上表面の縦位置
を検知するためのバックアップ材センサ装置と、バック
アップ材センサによって検知されるデータを記憶するた
めの記憶装置とを含む。ドリル工具センサ装置はドリル
工具の縦位置を検知するために与えられる。またドリル
ストロークの間スピンドルの縦変位を制御するための手
段も与えられる。制御手段は、ドリルストロークの下限
でのドリル工具先端の絶対的縦位置を決定し、かつ工具
先端がその下限に達したときにドリルストロークを終了
するように制御する。絶対的縦位置は、記憶装置のバッ
クアップ材上表面の縦位置に関するデータを基準にして
決定され、工作物に貫通穴を加工する場合には、ドリル
ストロークの下限におけるドリル工具先端の縦位置は、
少なくともバックアップ材の上表面の縦位置と同じかま
たはそれ以上の深さになる。このドリルストロークの下
限を、バックアップ材の上表面の縦位置からわずかに下
方の位置に設定することにより、制御手段はドリルのバ
ックアップ材への貫通を最小限にし、一方同時にドリル
工具が前記工作物を完全に貫通穴加工したことを確実に
する。
【００１６】この発明の方法はバックアップ材上表面の
縦位置を検知するステップと、バックアップ材の上表面
の縦位置に関して検知されたデータを記憶するステップ
と、バックアップ材上表面の縦位置に関する記憶された
データを使用してドリルストロークの下限でのドリル工
具先端の絶対的縦位置を、バックアップ材上表面からわ
ずかに下方の位置に決定するステップと、スピンドルの
下向きの縦の運動によってドリルストロークを開始する
ステップと、ドリルストロークの間ドリル工具の先端の
縦位置を検知するステップと、さらに前記バックアップ
材へのドリルの貫通が最小限になり一方同時にドリル工
具が前記工作物を完全に貫通穴加工したことを確実にす
るように、ドリル工具が予め定められた絶対的縦位置に
達したときドリルストロークを終了させるステップとを
含む。
【００１７】
【好ましい実施例の説明】図１には、典型的な印刷回路
基板ボール盤１０が示されている。ボール盤１０は印刷
回路基板１４などの工作物がその上に装着される作業台
１２を含む。作業台１２の上方に、１つ以上のスピンド
ル１６が往復台（図示せず）に装着される。作業台１２
はＸ軸１８とＹ軸２０とによって規定される水平面で移
動可能である。好ましくは、作業台１２は軸１８、２０
のいずれかに平行に移動可能である。作業台１２はモー
タ駆動の親ねじ２２および２４の回転によって変位さ
れ、それらはＸ軸およびＹ軸にそれぞれ平行である。当
該技術分野で既知のように、ボール盤上のスピンドル１
６に関する作業台１２の位置決めは、交互の配置、たと
えばスピンドル１６をＸ−Ｙ平面に沿って一方向にかつ
作業台１２を他方向に動かすことによって達成可能であ
る。
【００１８】スピンドル１６は縦方向に、Ｚ軸２６に平
行に移動可能である。示されてはいないが、スピンドル
１６は当業者によって公知の型のモータ駆動の親ねじの
配置によって変位される。スピンドルの縦方向の駆動
は、図３のブロック図におけるスピンドル縦駆動機構２
７によって行われる。図２、図５ａおよび図５ｂに示さ
れるように、ドリル工具２８はスピンドル１６の底部か
ら垂下するようにスピンドル１６に装着される。スピン
ドル１６上のコレット３０は，工具２８の円柱状シャン
ク３２を掴む。スピンドル１６はモータ（図示せず）に
よって回転駆動され、このドリル工具２８の回転により
穴加工が行われる。
【００１９】押さえ３４はスピンドル１６の下に装着さ
れ、かつ縦方向でスピンドル１６に関して移動可能であ
る。押さえ３４は、押さえ３４がスピンドル１６から遠
ざかって下向きに押しつけられるように空気圧によって
付勢された円柱状のロッド３６によって、スピンドル１
６へ結合される。押さえ３４の底部表面３８は図７に示
されるように穴加工動作の間工作物１４の頂上に係合す
る。穴加工の間、スピンドル１６は押さえの底部表面３
８が工作物１４に当接するように下向きに駆動される。
スピンドル１６の下向きの力はロッド３６の付勢力に容
易に打ち勝ち、その結果スピンドル１６は縦に下向きに
移動を続け、かつ押さえ３４に対して相対的に下向きに
動き始める。スピンドル１６が継続して下向きに移動す
ることにより、ドリル工具２８は、図５（ｂ）に示され
るように、押さえ３４の開口４０を通過することを引き
起こす。スピンドル１６と押さえ３４との間の相対動作
は図３のブロック図に示される相対動作センサ４２によ
って検知される。相対動作センサ４２としては、光学的
制限スイッチを用いることが好ましい。
【００２０】環状カラー４４はドリルシャンク３２上へ
圧入される。カラー４４の上表面４６はコレット３０に
当接する。カラー４４は、カラー上表面４６とドリル工
具２８の先端４８との間の距離が必要最小限のわずかな
値であるように、ドリル２８上に位置決めされる。した
がって、工具先端４８の縦位置はスピンドル１６に関し
て得られる。スピンドル１６の絶対的な縦位置、すなわ
ちＺ軸方向位置は、図３のブロック図に示されたスピン
ドル縦位置センサ５０によって検知される。当業者は様
々な装置が縦位置センサ５０として機能するために使用
可能であるということを理解するであろう。縦位置セン
サ５０からの出力はコンピュータ制御装置５２へ与えら
れる。したがって、工具先端４８の縦位置は制御装置５
２によっていつでも得られる。ボール盤１０の様々な機
能をモニタする制御装置５２としては、たとえばモトロ
ーラ（Motorola）社のチップ「品番68020 」をＣＰＵと
して利用するデジタルコンピュータが用いられる。
【００２１】スピンドル１６の縦位置およびカラー４４
から工具先端４８への距離を知ることによって、工具先
端４８の縦位置がわかる。しかしながら、ドリル工具２
８の摩耗によってかつドリル工具２８上のカラー４４の
位置の不正確さによって、工具先端４８の実際の縦位置
は名目上の位置から変化し得る。先行技術のシステムは
深さ制御穴加工の間これらの変化に適応するように開発
されてきた。かかる先行技術のドリル工具測定装置が図
２および図３に示される。装置は光ビーム発生器５４お
よび光ビームセンサ５６を含む。光ビーム５８はビーム
発生器５４によって発生される。センサ５６はビーム５
８がドリル工具２８によって遮断されるときを決定し、
かつこの情報を制御装置５２へ伝送する。
【００２２】図２を参照して、平面の上方面６２を有す
る工具プレート６０が作業台１２へ装着される。プレー
ト６０の上方面６２とセンサビーム５８との間の距離は
参照文字「Ｋ」によって表わされる既知の工場プリセッ
ト値である。ドリル工具２８の先端４８の正確な位置を
測定するために、工具測定装置がスピンドル１６の下に
位置決めされ、それからスピンドル１６は下向きに動か
される。押さえ３４がプレート６０の上方面６２を係合
するとき、相対動作センサ４２は制御装置５２へ信号を
送り、制御装置５２の距離カウンタが動き始める。
【００２３】スピンドル１６は下向きにかつ押さえ３４
に対して相対的に移動を継続し、一方押さえ３４はプレ
ート６０上に静止したままである。スピンドル１６の相
対動作の量はドリル工具先端４８がセンサビーム５８を
中断するまで制御装置５２の距離カウンタによって測定
される。カウンタの値はここで押さえ３４のプレート６
０との係合と工具先端４８とビーム５８との交差点との
間でスピンドル１６によって進まれた距離を表わす。こ
の距離は図２で参照文字「Ｖ」によって示される。値Ｖ
は制御装置５２によって使用され、参照文字「Ｏ」によ
って表わされるドリル工具７６のための工具先端オフセ
ットを誘導する。具体的には、Ｏは公式Ｖ−Ｋ＝Ｏによ
って定められる。
【００２４】オフセットＯは、スピンドル１６がホーム
ポジションすなわちドリルストロークの上限位置にある
ときの、ドリル工具先端４８から押さえ３８の底部まで
の距離を表わす。このホームポジションの上限は、制御
装置５２によって得られ、かつ各ドリルストロークの完
了の後スピンドル１６がそこへ戻る、予め定められたＺ
軸方向の位置である。工具先端位置の測定の間、スピン
ドル１６はセンサビーム５８を中断するようにスピンド
ルを下向きに動かすのに先行して、最初にホームポジシ
ョンにセットされる。したがって、押さえ３４がドリル
ストロークの間において印刷回路基板１４の上表面と最
初に接触するとき、オフセットＯの値はまた、相対動作
センサ４２が押さえ３４に対するスピンドル１６の変位
を検知するとき、ドリル工具先端４８から回路基板１４
の上表面までの距離を表わすことになる。。上述の工具
先端測定技術は一般に、穴加工において工具先端４８の
正確な位置が検知されるように、ドリル工具２８が交換
される度に、毎回使用される。
【００２５】先行技術の深さ制御穴加工では、ドリル工
具の先端の縦位置は、工作物を所望の深さまで穴加工す
るために、スピンドルがＺ軸に沿ってどれくらい進行し
なければならないのかを定めるために、認識されなけれ
ばならない。深さ制御穴加工の第１のステップは、図２
を参照して既に説明されたドリル工具先端の縦位置の測
定を行なうことである。それから、スピンドルが既知の
ホームポジションにある状態で、かつ工作物が作業台上
に位置された状態でドリルストロークを開始し、スピン
ドルはまず、相対動作センサ４２によって押さえ３４の
底部表面３８が工作物に当接したことを検知される位置
まで縦に下向きに動かされる。この位置において制御装
置は、スピンドル垂直駆動機構２７に信号を送り、「オ
フセットＯ」と「工作物１４の上表面からの所望の穴加
工深さＨ」とを加えた距離分下向きにスピンドルを動か
す。オフセットＯは、図２を参照して既に説明された工
具先端測定プロセスの間に定められ、かつ工具先端４４
を工作物の上表面と接触させるのに十分な距離である。
Ｈの値は予め定められ、穴加工動作が開始される前に使
用者によって制御装置５２へ入力される。
【００２６】この先行技術の深さ制御穴加工技術はま
た、貫通穴加工のために使用されてきた。唯一の相違点
はＨの値がその中に貫通穴が加工されるべき工作物また
は工作物の積み重ねの厚さに近似するように予め選択さ
れることである。しかしながら、穴加工される穴の深さ
は工作物の上表面の位置を基準にして定められるので、
工作物と押さえとの間にたとえば破片等が介在すると、
加工される穴の深さに誤差を生じうる。また、工作物の
積み重ねの厚さはＨの値を定めるためにわからなければ
ならないので、積み重ねられた回路基板自体の間に破片
などが介在した場合においても、穴の深さに誤差を生じ
うる。さらに、印刷回路基板自体が反っているような場
合においても、加工される穴の深さに誤差を生じさせる
おそれがある。
【００２７】この発明では、貫通穴を加工するために必
要なスピンドル変位の量は、Ｚ軸上（縦方向）の絶対的
位置に基づいて定められ、かつ工作物の上表面または工
作物の厚さに左右されない。したがって貫通穴を加工す
るために深さ制御穴加工技術を使用することの不利な点
が克服される。しかしながら、図１−図３で示された同
一のハードウェアはこの発明で使用可能である。
【００２８】図４（ａ）を参照して、この発明に従うボ
ール盤においては、実質的に平面のシートであるバック
アップ材６４、その上表面６６がスピンドル１６へ向い
た状態で作業台１２の頂上に装着される。バックアップ
材６４は好ましくは複合材料から形成される。工作物が
穴加工のためにバックアップ６４の上表面６６上に配置
される前に、上表面６６の複数箇所の縦位置が検知され
てデータ化される、いわゆるマッピングが行われる。図
４（ａ）に示されるように、マッピングは工具がコレッ
トに位置される前に行なわれてもよい。バックアップ材
の厚さは一貫しているので、ボール盤が再整列されると
きまたはバックアップ材が異なる種類の材料と取り替え
られるときを除いては、再度マッピングを行う必要はな
い。
【００２９】図４（ａ）に示されるように、マッピング
を行なうために作業台１２はまずスピンドル１６がホー
ムポジションにある状態で水平のＸ−Ｙ平面の既知の位
置でスピンドル１６下に位置決めされる。スピンドル１
６はそれから図４（ｂ）に示されるように、押さえの底
部表面３４がバックアップ材上表面６６に当接するまで
降ろされる。押さえ３４とバックアップ材６４との間の
接触は、相対動作センサ４２によって検知される、なぜ
なら、接触点でスピンドル１６と押さえ３４との間の相
対動作が始まるからである。これは図６のフローチャー
トの第１のステップ６８として表わされる。
【００３０】スピンドル１６を降ろしている間、バック
アップ材６４との接触点でのスピンドル１６の絶対的縦
位置は縦位置センサ５０によって検知される。既知のホ
ームポジションからバックアップ材６４との接触点への
スピンドル１６によって進行された距離は文字「Ａ」に
よって図４（ａ）および図４（ｂ）に示される。Ａの値
は図６のステップ７０によって示されるように制御装置
５２中のメモリに記憶され、押さえ３４がバックアップ
材６４と当接する特定の位置でのバックアップ材上表面
６６の縦位置を表わす。
【００３１】バックアップ材の縦位置をマッピングする
このステップは、グリッドを形成するバックアップ材上
の様々な場所に対して繰り返されることが好ましい。グ
リッドは、たとえば２インチ間隔で格子状に形成され
る。バックアップ材上表面６６の位相幾何学に関するデ
ータのマップは、このように発生されかつ制御装置５２
中のメモリに記憶される。
【００３２】当業者にはマッピングは光学式走査などの
代替の手段を使用して行なわれ得ることが理解されるで
あろう。しかしながら、開示された好ましいシステムは
マッピングを行なうためにいかなる付加のハードウェア
も必要としないという利点を有する。さらに、マッピン
グの間スピンドルは、実際の穴加工動作中に与えられる
のと実質的に同一の力をバックアップ材６４および作業
台１２に与える。したがって、穴加工の間スピンドル１
６によって誘起された作業台１２のいかなる撓みもマッ
ピングのステップの間繰返されるであろう。有利なこと
に、このことは、低質量の作業台の可撓性が増大するこ
とによって生じる不正確さがマッピングの間に補償され
るので、より低い質量を有しかつそのためにより迅速に
移動できる作業台の使用を許容する。
【００３３】図６に示される次のステップ７４は穴加工
のために使用されるべき工具２８を選び、かつコレット
３０にその工具２８を位置することである。工具２８
は、たとえばスミス（Smith ）の米国特許第3,973,876
号およびインホフ（Imhof ）の米国特許第4,520,551 号
に開示されるような既知の自動工具変換装置（図示せ
ず）を使用して自動的に選択されることが可能である。
【００３４】図６のステップ７６によって示されるよう
に、この発明はまた図２に関して上に議論したのと同一
の工具先端測定システムを利用することが好ましい。し
たがって、ドリル工具がコレット３０に設置された後、
工具先端位置が、工具の磨耗を考慮しない名目上の工具
先端位置からの工具の磨耗などに基づく変化に適応する
ために測定される。オフセットＯの値はしたがって制御
装置５２によって記憶される。勿論もしドリル工具先端
４８の縦位置がスピンドルに関して予め定められた位置
に固定され得るならば、工具先端位置を測定する必要は
ない。たとえばもし再び研いだ工具を除外するために新
しい工具が使用されるならば、工具先端４８はいつもカ
ラー４４から既知の名目上の距離にあり、ひいてはコレ
ット３０に当接すると仮定し得る。
【００３５】この発明に従う穴加工が図５（ａ）および
図５（ｂ）に示される。複数個の工作物１４がバックア
ップ材上表面６６上に積み重ねられて示される。作業台
１２は、図６のフローチャートのステップ７８によって
示されるように、スピンドルが所望されるドリル位置の
上方にあるようにスピンドル１６に関して位置決めされ
る。図５（ａ）でスピンドル１６はドリルストロークが
開始される直前にホームポジションにある。スピンドル
ドライブ２７にスピンドル１６を下げるよう信号を出す
前に、制御装置５２はドリルストロークの下限でスピン
ドルの絶対Ｚ軸位置を定める。この下限は好ましくはバ
ックアップ材上表面６６からわずかに下方の位置にあ
り、それによって、工作物に貫通穴を形成する際のバッ
クアップ材へのドリル工具の食い込みが最小限に抑制さ
れ、一方それと同時に、工作物への貫通穴加工が確実に
行われる。
【００３６】下限を定めるために、バックアップ材上表
面の縦位置に関する記憶されたデータがフローチャート
のステップ８０に示されるように制御装置５２によって
検索される。特にマッピングされた距離Ａの値がドリル
位置に最も近いマッピングされたグリッド沿いの場所に
対して検索される。上で説明したドリル工具先端測定プ
ロセスから引きだされたドリル工具先端オフセットＯの
値はＡに加えられる。ＡとＯとの組合された値は工具先
端４８をホームポジションからバックアップ材上表面６
６と同じ面の位置へ下げるために必要なスピンドル１６
の縦変位の量を表わす。バックアップ材へのドリル工具
の食い込みを極めてわずかに抑えることが望まれるの
で、文字「Ｇ」によって表わされるドリル工具のバック
アップ材への貫通のための予め定められた値はまたＯお
よびＡへ加えられる。したがって、Ｏ、ＡおよびＧは制
御装置によって合計されて、ホームポジションからドリ
ルのバックアップ材への貫通が最適化される下限に達す
るために必要なスピンドルの総縦変位「Ｔ」を定める。
この変位の総量の決定は図６のステップ８２によって表
わされる。この総変位Ｔは図５（ａ）および図５（ｂ）
で示され、それらはホームポジションでのかつ予め定め
られた下限でのスピンドルをそれぞれ示す。
【００３７】下限を定めた後、制御装置５２は図６のス
テップ８４で示されるように、スピンドルドライブ２７
を指示してスピンドル１６を下げることによりドリルス
トロークを開始させる。ドリルストロークの間、縦位置
センサ５０はフローチャートのステップ８６によって示
されるように、スピンドル１６の絶対的縦位置に関して
制御装置５２へ情報を伝送する。ステップ８４によって
示されるように、ドリルストロークの間制御装置５２は
スピンドル１６の縦位置とステップ８２で定められた下
限値とを比較する。もし下限が達せられていなければ、
スピンドルは継続して下げられる。図５（ｂ）に示され
るように、スピンドル１６が下限に達するとき、ドリル
工具先端４８は名目上の量Ｇ分バックアップ材６４を貫
通した。制御装置５２はそれからステップ９０で表わさ
れるように、スピンドルを縦方向に上方にホームポジシ
ョンへ引っ込ませるようにスピンドルドライブ２７に信
号を送ることによってドリルストロークを終了させる。
【００３８】制御装置は次にステップ９２で同一の工具
を使用する付加的ドリルストロークを行なうかどうかを
決定し、その場合穴加工プロセスはステップ７８から始
めて繰返される。もし同一の工具を使用していかなるそ
れ以上の穴も加工される必要がなければ、制御装置はス
テップ９４で他の工具を使用して穴加工を継続するかど
うかを決定し、その場合プロセスはステップ７４から始
めて繰返され、または穴加工プロセスを終了させるかど
うかを決定する。
【００３９】図６で示されかつ上に説明されるプロセス
は多重スピンドル機械の各スピンドルに対して別個に行
なわれる。
【００４０】当業者によって理解されるように、上に説
明された好ましい実施例はこの発明がどのように実施さ
れ得るかのほんの一例であり、かつこの好ましい実施例
からの変形は前掲の特許請求の範囲で規定されたこの発
明の範囲内になお収まるであろう。たとえば、図６に示
されるステップの正確なシーケンスは、この発明の範囲
内において種々に変更しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的な多重スピンドル印刷回路基板ボール盤
の斜視図である。
【図２】先行技術のドリルスピンドルおよび工具オフセ
ット測定装置の部分的断面立面図である。
【図３】先行技術のスピンドルおよび工具位置センサお
よび制御装置のブロック図である。
【図４】（ａ）はスピンドルがホームポジションにある
状態でバックアップ材のマッピングの間のこの発明に従
うボール盤の部分的断面立面図であり、（ｂ）は押さえ
がバックアップ材と接触するようにスピンドルが下げら
れた状態でバックアップ材のマッピングの間のこの発明
に従うボール盤の部分的断面立面図である。
【図５】（ａ）はドリルストロークの開始の間のこの発
明に従うボール盤の部分的断面立面図であり、（ｂ）は
ドリルストロークの終端でのこの発明に従うボール盤の
部分的断面立面図である。
【図６】この発明に従うボール盤の動作を例示するフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
１２ 作業台 １６ スピンドル ２８ ドリル工具 ３０ コレット ３４ 押さえ ４８ 工具先端

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも縦方向に移動可能なスピンド
    ルと、該スピンドルに取外し可能に装着されたドリル工
    具とを含み、前記スピンドルは前記ドリル工具の回転に
    より穴明け加工を行なうことを可能にしたボール盤であ
    って、 工作物を装着し、該工作物を前記スピンドル下の所望の
    場所に位置決めするように水平面で少なくとも一方向に
    移動可能に、前記スピンドルの下方に配置された作業台
    と、 上表面を有し、該上表面が前記スピンドルの方へ向いた
    状態で前記作業台の上面に装着され、前記作業台に装着
    された工作物が前記上表面と直接接触して位置決めされ
    るバックアップ材と、 前記バックアップ材の前記上表面の複数個の場所の縦位
    置を検知するためのバックアップ材センサ装置と、 前記バックアップ材の前記上表面の前記複数個の場所の
    縦位置に関して前記バックアップ材センサによって検知
    されるデータのマップを記憶するための記憶装置と、 前記ドリル工具の縦位置を検知するためのドリル工具セ
    ンサ装置と、 ドリルストロークの間前記スピンドルの縦変位を制御す
    るための制御手段とを含み、 前記制御手段は、ドリルストロークの下限における前記
    ドリル工具の先端の絶対的縦位置を定め、かつ前記工具
    先端が前記下限に達したとき前記ドリルストロークを終
    了させるために適合され、 前記絶対的縦位置は、前記記憶装置中のバックアップ材
    上表面の前記複数個の場所の縦位置に関する前記データ
    を使用して定められ、その結果、前記下限における前記
    ドリル工具の先端の絶対的縦位置は、前記バックアップ
    材の上表面の縦位置と同じかまたはそれよりも僅かに下
    方に設定されることにより、前記制御手段が前記ドリル
    工具の前記バックアップ材への最小限の貫通で前記ドリ
    ル工具が前記工作物の貫通穴加工を完了することを保証
    する、ボール盤。
  2. 【請求項２】 前記バックアップ材センサ装置は前記ス
    ピンドル上に装着された、請求項１に記載のボール盤。
  3. 【請求項３】 前記バックアップ材センサ装置は、 前記スピンドルから垂下する押さえを含み、前記押さえ
    は前記バックアップ材上表面と当接するように設けられ
    た底部表面を有し、前記押さえは前記スピンドルに関し
    て縦方向に移動可能であり、さらに前記スピンドルと前
    記押さえとの間の縦方向の相対的移動を検知する相対動
    作センサとを含む、請求項２に記載のボール盤。
  4. 【請求項４】 バックアップ材センサ装置は、前記押さ
    えが前記バックアップ材と当接し、実質的に穴加工動作
    の間と同一の下向きの力を前記バックアップ材に与える
    とき、前記工作物の前記上表面の縦位置を検知する、請
    求項３に記載のボール盤。
  5. 【請求項５】 前記ドリル工具センサ装置は、 前記スピンドルの絶対的縦位置を検知するための手段
    と、 前記スピンドルから垂下する押さえとを含み、前記押さ
    えは工作物と当接するように設けられる底部表面を有
    し、前記押さえは前記スピンドルに対して相対的に縦方
    向に移動可能であり、さらに前記スピンドルと前記押さ
    えとの間の縦方向の相対的移動を検知する相対動作セン
    サとを含む、請求項１に記載のボール盤。
  6. 【請求項６】 前記ドリル工具センサ装置は、前記工具
    先端の名目上の位置と前記工具先端の実際の位置との間
    の変化に適応するために、前記ドリル工具の先端の位置
    を検知するための手段をさらに含む、請求項５に記載の
    ボール盤。
  7. 【請求項７】 前記工具先端位置検知手段は、前記押さ
    えと前記スピンドルとの間の相対的移動動作が始まると
    き、前記ドリル工具先端と前記押さえの底部表面との間
    のオフセットの量を定めるように適合される、請求項６
    に記載のボール盤。
  8. 【請求項８】 前記制御のための手段はデジタルコンピ
    ュータを含む、請求項１に記載のボール盤。
  9. 【請求項９】 前記コンピュータは前記記憶装置を含
    む、請求項８に記載のボール盤。
  10. 【請求項１０】 前記バックアップ材センサ装置は、グ
    リッドを形成する複数個の予め定められた場所で前記バ
    ックアップ材上表面の縦位置を検知するように適合され
    る、請求項１に記載のボール盤。
  11. 【請求項１１】 少なくとも縦方向に移動可能のスピン
    ドルと、該スピンドルに取外し可能に装着されるドリル
    工具とを含み、前記ドリル工具の先端は前記スピンドル
    の下端部から僅かの距離に位置決めされ、前記スピンド
    ルは前記ドリル工具の回転により穴明け加工を行なうこ
    とを可能にしたボール盤であって、 前記スピンドルおよびドリル工具の絶対的縦位置を検知
    する縦位置センサと、 工作物を装着し、該工作物を前記スピンドル下の所望の
    場所に位置決めするように水平面で少なくとも一方向に
    移動可能に、前記スピンドルの下方に配置された作業台
    と、 上表面を有し、該上表面が前記スピンドルの方へ向いた
    状態で前記作業台の上面に装着され、前記作業台に装着
    された工作物が前記上表面と直接接触して位置決めされ
    るバックアップ材と、 下端部表面に前記作業台上に装着された工作物の上面と
    当接するように適合され、前記ドリル工具が穴加工動作
    の間に貫通する開口を有するとともに、前記スピンドル
    上に装着されかつ前記スピンドルに関して縦方向に移動
    可能に設けられた押さえと、 前記スピンドルと前記押さえとの間の縦方向の相対的な
    移動を検知するとともに、前記押さえの下端部表面と工
    作物との最初の接触で発生する前記押さえの移動を検知
    する相対移動センサと、 前記ボール盤の動作を制御し、かつ前記縦位置センサと
    前記相対移動センサとから入力を受けるコンピュータ制
    御装置と、 ドリルストロークの間前記スピンドルの縦の変位を制御
    するための制御手段とを備え、 前記コンピュータ制御装置は、前記バックアップ材上表
    面の縦位置に関するデータのマップを記憶するためのコ
    ンピュータメモリ装置を含むとともに、前記制御装置は
    複数個の場所で前記押さえの下端部表面を直接前記バッ
    クアップ材上表面と当接させることにより前記データを
    発生するように適合され、 記憶されたマップの前記データは、前記複数個の場所の
    各々に対して、前記相対移動センサが前記押さえの下端
    部表面と前記バックアップ材との間の接触を検知するポ
    イントで前記縦位置センサによって測定される前記スピ
    ンドルの絶対的縦位置のデータを含み、 前記制御手段は、ドリルストロークの下限における前記
    ドリル工具の先端の絶対的縦位置を定め、かつ前記ドリ
    ル工具の先端が前記下限に達するとき前記ドリルストロ
    ークを終了させるように適合され、 前記絶対的縦位置は、前記記憶装置中のバックアップ材
    上表面の縦位置に関するデータを使用して定められ、そ
    の結果、前記下限における前記ドリル工具の先端の絶対
    的縦位置は、前記バックアップ材の上表面の縦位置と同
    じかまたはそれよりも僅かに下方に設定されることによ
    り、前記制御手段が前記ドリル工具の前記バックアップ
    材への最小限の貫通で前記ドリル工具が前記工作物の貫
    通穴加工を完了することを保証する、ボール盤。
  12. 【請求項１２】 前記スピンドルおよび前記工具先端か
    らの実際の距離と前記工具先端および前記スピンドルか
    らの前記僅かの距離との間の任意の変化を定めるため
    に、前記ドリル工具の先端の縦位置を検知するための手
    段をさらに含む、請求項１１に記載のボール盤。
  13. 【請求項１３】 少なくとも縦方向に移動可能なスピン
    ドルと、 該スピンドルに取外し可能に装着され、回転により工作
    物の穴明け加工を行なうドリル工具と、 工作物を装着し、該工作物を前記スピンドル下の所望の
    場所に位置決めするように水平面で少なくとも一方向に
    移動可能に、前記スピンドルの下方に配置された作業台
    と、 上表面を有し、該上表面が前記スピンドルの方へ向いた
    状態で前記作業台の上面に装着され、前記作業台に装着
    された工作物が前記上表面と直接接触して位置決めされ
    るバックアップ材とを備えたボール盤を用いて、該ボー
    ル盤上の工作物に穴明け加工を施す方法であって、 バックアップ材上表面の複数個の場所の縦位置を実際に
    検知するステップと、 バックアップ材の上表面の前記複数個の縦位置に関して
    検知されたデータのマップを記憶するステップと、 バックアップ材上表面の縦位置に関する記憶された前記
    データを使用して、ドリルストロークの下限における前
    記ドリル工具の先端が前記バックアップ材上表面よりも
    僅かに下方に位置するように、前記ドリル工具の先端の
    絶対的縦位置を定めるステップと、 前記スピンドルを縦方向下方に移動させることによって
    ドリルストロークを始めるステップと、 ドリルストロークの間前記ドリル工具の先端の縦位置を
    検知するステップと、 前記バックアップ材へのドリルの最小限の貫通で前記ド
    リル工具が前記工作物への貫通穴加工を完了したことを
    保証するように、前記ドリル工具が前記予め定められた
    絶対的縦位置に達したときドリルストロークを終了する
    ステップとを含む、方法。
  14. 【請求項１４】 前記バックアップ材の上表面の縦位置
    は前記バックアップ材上の工作物を位置決めする前に検
    知される、請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 バックアップ材の上表面の縦位置はバ
    ックアップ材上の複数個の場所で検知され、前記場所は
    グリッドを形成する、請求項１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 ドリルストロークを行なうことに先
    行して、ドリル工具の先端の実際の縦位置を検知するス
    テップと、 ドリルストロークの下限の絶対的縦位置を定める際に工
    具先端の位置に関する前記実際の情報を使用するステッ
    プとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 少なくとも縦方向に移動可能なスピン
    ドルと、 該スピンドルに取外し可能に装着され、回転により工作
    物の穴明け加工を行なうドリル工具と、 工作物を装着し、該工作物を前記スピンドル下の所望の
    場所に位置決めするように水平面で少なくとも一方向に
    移動可能に、前記スピンドルの下方に配置された作業台
    と、 上表面を有し、該上表面が前記スピンドルの方へ向いた
    状態で前記作業台の上面に装着され、前記作業台に装着
    された工作物が前記上表面と直接接触して位置決めされ
    るバックアップ材とを備えたボール盤を用いて、該ボー
    ル盤上の工作物に穴加工する方法であって、 工作物をバックアップ材上に装着する前に、バックアッ
    プ材の上表面の複数個の場所の縦位置を実際に検知する
    とともに、検地された該縦位置のデータを記憶するマッ
    ピングステップと、 工作物をバックアップ材上に装着するステップと、 工作物上の所望されるドリル位置で穴加工を許容するよ
    うにスピンドルに関して作業台を位置決めするステップ
    と、 前記ドリル位置に最も近いバックアップ材上表面上の場
    所でバックアップ材上表面の縦位置に関する前記記憶さ
    れたデータを使用して、バックアップ材上表面から僅か
    に下方の位置に、ドリルストロークの下限における前記
    ドリル工具の先端の絶対的縦位置を定めるステップと、 前記スピンドルの縦方向下方への移動によってドリルス
    トロークを開始するステップと、 ドリルストロークの間前記ドリル工具の先端の縦位置を
    検知するステップと、 前記バックアップ材へのドリルの最小限の貫通で前記ド
    リル工具が前記工作物への貫通穴加工を完了したことを
    保証するように、前記ドリル工具が前記予め定められた
    絶対的縦位置に達したときドリルストロークを終了する
    ステップとを含む、方法。
  18. 【請求項１８】 前記マッピングステップはドリルスト
    ロークの間に与えられるのと実質的に同一の力を前記作
    業台に与えながら行なわれる、請求項１７に記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 ドリルストロークを行なうことに先行
    して、ドリル工具の先端の実際の縦位置を検知するステ
    ップと、 ドリルストロークの下限の絶対的縦位置を定める際に工
    具先端位置に関する前記実際の情報を使用するステップ
    とをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
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