专利名称：印刷电路板的穿孔设备及方法
技术领域：
本发明涉及印刷电路板的穿孔设备及使用这种穿孔设备的方法。
传统上印刷电路板一直是使用下述方法制造的，在这种方法中，在一个大面积的基板上印刷许多电路图案。每个电路图案被切割和分开以获得多块电路板。先在基板上形成至少一对导孔，将加工设备上设置的导销插入导孔，使导孔定位，然后顺序进行上述的切割。因此，导孔提供决定切割位置的基础，因而必须在精确的位置上穿孔。
在所使用的进行上述穿孔的穿孔设备中，当印刷电路图案时，事先在一对穿孔位置上作标记；这些标记是通过设置在穿孔设备上的成象装置如电视摄象机或X射线摄象机进行成象的；穿孔是通过将穿孔装置如钻头移至成象处理而获得的位置上进行的、如日本未审定的专利申请公开文本第H3(91)-277411号所公开的那样，穿孔设备包括一对成象装置和一对能同时形成一对孔的一对穿孔装置。在这种装置中，每一个成象装置和穿孔装置是可移动地设置的，以便可以对各种尺寸的印刷电路板进行穿孔。在初始位置上的两成象装置之间的间隔是事先知道的。然后，按照待穿孔的孔之间的间隔在数控下移动可移动的成象装置和穿孔装置之后，借助各自的成象装置形成它们的基准标记；进行成象处理是为了取得两基准标记的中心位置；在中心位置上使用两穿孔装置进行穿孔。
在上述的现有技术结构中，成象装置和穿孔装置是按照印刷电路板的尺寸在数控下移动的。具体来说，它们所移动的量等于待穿孔的孔之间的间隔减去在初始状态下两成象装置之间的间隔。但是，如果在初始位置上两成象装置之间的间隔不精确，那么，穿孔的精度就会降低。随着时间的消逝，取决于机器所使用的环境(温度、湿度等)，当出现机械误差时，穿孔精度也会下降。
在某些情形中使用滚珠丝杠使成象装置和穿孔装置从其初始位置移至准备进行穿孔的位置。由于滚珠丝杠的精度不够，要使用线性标度尺来修正可能存在的误差以确证上述移动。上述线性标度尺价格昂贵，会使成本增加。
因此，本发明的目的在于提供一种印刷电路板的穿孔设备和方法，无需昂贵的线性标度尺即可对付长期使用而出现的误差，从而保证精确的穿孔。
为了实现上述目的，按照本发明提供一种印刷电路板的穿孔设备，其特征在于它包括一个工作台，具有一对基准标记的印刷电路板放在其上；设置在固定侧和活动侧的。用于分别形成基准标记的成象装置；设在固定侧和活动侧上的，用于以基准标记的成象结果为基础，在放在工作台上的印刷电路板上穿孔的穿孔装置；用于调节在固定侧的成象装置和穿孔装置的位置的第一移动装置；用于使活动侧上的成象装置和穿孔装置整体地移向或移离固定侧的成象装置和穿孔装置的第二移动装置；一个设置在工作台上的样板；以及多个用于确定以预定间隔设在样板上的成象装置的位置的基准孔，其特征还在于所述多个基准孔中的至少一个可以由固定侧的成象装置所面对，而其它基准孔则沿着活动侧上的成象装置被第二移动装置移向或移离固定侧上的成象装置的方向布置。
样板可以装在工作台上，也可从其上拆下。样板最好是用与印刷电路板相同的材料制成。
另外，按照本发明的穿孔方法的特征在于在活动侧上的成象装置和穿孔装置由第二移动装置按照印刷电路板上待穿孔的孔的间隔移动；在两成象装置附近的多个基准孔中的每一个基准孔通过成象处理成象以获得在两成象装置的成象区域中的每个基准孔的中心位置；两成象装置之间的间隔是以每一个基准孔的中心位置和事先获得的已成象的基准孔之间的间隔为基础计算的；印刷电路板设置在工作台上，使两个准标记都在各自的成象装置的成象区域中；两基准标准由两成象装置通过成象处理成象以检测两基准标记的中心位置；两基准标记之间的间隔是以每个基准标记的中心位置和两成象装置之间的间隔为基础取得的，两基准标记间的间隔和待穿孔的孔之间的间隔之间的误差被取得，根据基准标记的中心位置修正的穿孔位置借助相应于上述误差的量来设定；在借助两个移动装置将两个穿孔装置移至各自的穿孔位置之后对印刷电路板进行穿孔。
附图简要说明如下
图1是按照本发明的穿孔设备的前剖视图；图2是穿孔设备在工作台之下的一部分的局部切除的平面图；图3是穿孔设备在工作台之下的一部分的局部切除的侧视图；图4是穿孔设备的工作台的平面图；图5是穿孔设备的平面和侧剖视图；图6用于说明按照本发明的方法的成象装置之间的间隔的计算；图7用于说明按照本发明的方法的穿孔位置的设定。
图8是样板的另一实施例的平面图和侧剖图。
图1表示按照本发明的穿孔设备的总体结构。一对X射线辐射装置4以预定的间隔支承在工作台1的上方。首先描述X射线辐射装置4的结构。X射线辐射装置4连接于防护圆筒6，防护圆筒6构成X射线辐射的通路5。防护圆筒6包括一个横过通路5设置的光闸7，其被前后驱动的开、闭通路5。在防护圆筒6的外周上形成一条垂向的导槽8，在防护圆筒6之下设有一防护管10，它具有一条供X射线与通路5连通的通路9，因而它可移向和移离工作台1。防护管10固定在一圆筒形件13的下端，圆筒形件13装在防护圆筒6的外周上。在圆筒形件13的一部分中设有可在导槽8中滑动的导向器14。可由缸11上、下移动的屏蔽件12围绕防护管10设置。屏蔽件12是由两个含铅的合成树脂片形成的，两合成树脂片平行布置，在其裙部以适当的间隔设有垂直的缝，一金属链设在其中以改善X射线的屏蔽效果。当工作台上的工件被X射线照射时，裙部的部分抵在工件上以密封住内部，使X射线得到屏蔽，不会漏出。
具有上述结构的X射线辐射装置包括一个设在图1左侧的固定侧X射线辐装置4a和设在右侧的活动侧X射线辐装置4b。活动侧X射线辐射装置4b包括一个螺母15，其与由电机16转动的丝杠17相接合。另外，在活动侧的X射线辐射装置4b还包括一个在轨道18上滑动的滑架19。因此，活动侧X射线辐射装置2b可借助电机16移至图1的左、右侧。
图2和3表示工作台下面的一个部分，其中设有一对用于由X射线辐射取得工件的辐射图象的成象装置2，一对穿孔装置3和一对移动装置20。首先描述成象装置2和穿孔装置3。一支承板39竖立在Y-工作台上，作为成象装置的X射线摄象机2借助夹子40和夹在其间的一圆筒形件41固定在支承板39上。X射线摄象机2连接于一图象处理器，中央处理装置和用于以工件的辐射图象上的图象处理为基础控制移动装置20的工作的类似装置，这一点将在下文中描述。一对导轨42安装在支承板39的一个侧面上。一导轨导向器44a设置在用于固定穿孔装置3的保持架44上并装配在导轨42上，可在其上滑动。穿孔装置3包括一空气主轴43a，一个固定在空气主轴上端的收集卡盘43b，和一个由收集卡盘固定的钻削装置如钻头43c。空气主轴驱动钻头43c转动，在印刷电路板上穿孔，切屑罩45安装在穿孔装置3的上端。
现对照图3描述在垂向(Z向)上驱动穿孔装置3的驱动机构46。在Z向上延伸的丝杠48可转动地安装在支承板39上，安装件47夹设在其间。丝杠48与一个固定在上述保持架44上的螺母49相接合，一螺母座50夹设在其间。丝杠48的上端连接于一皮带轮51。另外，一电机52由安装件47固定，电机52的驱动轴连接于皮带轮53。皮带54围绕皮带轮51和53安装。因此，当电机52驱动皮带轮53转动时，转动由皮带传至皮带轮51以便转动丝杠48。因此，螺母座50和保持架44在Z向上与螺母49整体移动，以便上、下移动由保持架固定的穿孔装置3。
具有上述结构的成象装置2和穿孔装置3包括在图3左侧示出的固定侧成象装置2a和固定侧穿孔装置3a，以及在图3右侧示出的活动侧成象装置2b和活动侧穿孔装置3b。
移动装置20移动位于工作台1之下的成象装置2和穿孔装置3至工作位置，并包括用于移动在固定侧的成象装置2a和穿孔装置3a的第一移动装置20a，以及用于移动活动侧的成象装置2b和穿孔装置3b的第二移动装置20b。它们在结构上基本相同，只是在图1和2的水平方向(X向)上的移动距离不同，具有相同结构的零件由相同的标号标出。
第一和第二移动装置20a和20b共用的一对导轨29在图1和2的水平方向(X向)上设置。滑架22安装在导轨29上，可以在X向上滑动，X-工作台23安装在滑架22上。一螺母24a与连接于电机2a的一根短丝杠26a接合，并在固定侧固定在X-工作台上。一对螺母24b通过定时皮带35与一对连接于电机25b，定时皮带呈T形围绕滚轮33和皮带轮34装设，螺母24b在固定侧固定在X-工作台23b上。因此，当电机25驱动丝杠26转动时，X-工作台23与螺母24整体在X向移动。活动侧的X-工作台23b的移动范围大于固定侧的X-工作台23a的移动范围。
在图2的垂向(Y向)上延伸的导轨27固定在X-工作台23上。一滑架28可滑动地装配在导轨27上。一个Y-工作台21固定在滑架28上。一螺母32固定在Y-工作台21的下侧面上。另外，电机30固定在X-工作台23上，一根连接于电机驱动轴上的丝杠31可转动地设置在X-工作台23上。上述螺母32与丝杠31相接合。因此，当电机30驱动丝杠31转动时，Y-工作台与螺母32在Y向上整体移动。
如图1和4所示，在工作台1上，有一通孔60，其设在两对固定侧的成象装置2a或穿孔装置3a，还有一条在X向上延伸的槽63，当活动侧的X-工作台23b移动时，槽63与活动侧的成象装置2b或穿孔装置3b成面对面的关系。尺寸足以罩住通孔60和槽63的样板61设置在工作台1上。图5所示的样板61是由与待穿孔的印刷电路板相同的材料制成的，装配在台阶部分1a上(见图1)，并由固定螺钉61a固定。样板61具有一个通孔61，通孔61面对通孔60，直径小于通孔60的直径；一条面对槽63，宽度小于槽63的宽度的槽61c；一个具有小直径的，在每个面对在通孔61之上、下设置的部分61d的部位形成的基准孔62，面对部分61d的部位和基准孔62在槽61c之上、下以预定的间隔设置。通孔61b和槽61c中穿过钻头43c以便对印刷电路板进行穿孔。基准孔62用于确定两成象装置2的位置，基准孔62之间的间隔是事先知道的。
现在描述按照本发明的印刷电路板的穿孔方法。
在本实施例中，待穿孔的印刷电路板是分层的板，在其上未显露电路图案和基准标记。基准标记在印刷电路板上是对称设置的。
本发明的特征在于，两成象装置之间的间隔是在穿孔前确定的。两成象装置2的位置由于制造时的误差可能是不精确的，也可能包括当其从初始位置移向穿孔位置时产生的位置偏差。然后，精确穿孔是通过修正而进行的。
在印刷电路板上待形成的孔(在本实施例是为两个孔)之间的间隔是事先输入的，在活动侧的成象装置2b和穿孔装置是由第二移动装置2按照该间隔移动的。但是，此时在活动侧的成象装置2b和穿孔装置3b可能并不在与固定侧的成象装置2a和穿孔装置3a相距L的精确位置上，这是由于活动侧的成象装置2b和穿孔装置3b的初始位置偏差、第二移动装置20b的误差，以及活动侧的成象装置2b和穿孔装置3b的安装误差引起的。
然后，在将印刷电路板放在工作台1上之前，工作台1由来自两个X射线辐射装置4的X射线辐射，在各X射线辐射装置4附近的基准孔62的X射线辐射图象是通过两个成象装置(X射线摄象机)2a和2b获得的，并经过成象处理以取得每个基准孔62的中心位置。在图6中，标号62a和62b表示由固定侧成象装置2a成象的基准孔，标号62c和62d表示由活动侧成象装置2b成象的基准孔。例如，在槽61c上方的基准孔62a的中心和固定侧成象装置2a的中心2a’的位置之间的差被取得，另外，在通孔61上方的基准孔62c的中心和固定侧成象装置2b的中心2b’的位置差也被取得。由在样板上的基准孔62a和62c之间的间隔L1是事先知道的，因而两成象装置2a和2b之间的间隔L2可以根据基准孔62a和成象装置的中心2a’之间，以及基准孔62c和成象装置的中心2b’之间的位置偏差，并考虑到间隔L1而计算出来。如果精度高无误差，那么，L和L2相等，无需修正即可对印刷电路板穿孔，但是，L和L2之间的误差表示成象装置不处于需要的位置上。
然后，在工作台1上设置印刷电路板，两成象装置形成基准标记M1和M2，它们承受图象处理以获得各自的中心位置。如图7所示，基准标记M1的中心和固定侧成象装置2a的中心2a’的位置之间的差被取得，另外，基准标记M2的中心和活动侧成象装置2b的中心2b’的位置之间的差也被取得。由于两成象装置之间的间隔L2已在前一步骤中取得，因而基准标记M1和M2之间的间隔L3可以精确地算出。基准标记M1和M2的形成应使其间的间隔L3等于所需的孔之间的间隔L，但是，由于印刷电路板制造工艺引起的误差，热变形等因素，L3也可能并不等于L。在这种情形中，如果在基准标记处精确进行穿孔，孔就会形成不正确的间隔，从而产生在下面的步骤中定位销不能装配在所有的孔中的问题，这样就会使印刷电路板不能安装在夹具上。本发明修正了基准标记的位置，可以间隔L精确穿孔，从而解决了上述问题。具体来说，基准标记M1和M2的位置分别移动(L3-L)/2，该值是L3和L之间的差(L3-L)分成左、右两半，从而被设定为穿孔位置P1和P2。显然，穿孔位置P1和P2之间的间隔精确地等于L。在本实施例中，因为多对基准孔被布置在通孔和槽的两侧，所以可在垂向上进行修正。具体来说，如果连接基准孔62a和62b的直线Y1(以及连接基准孔62c和62d的直线)不与图的垂向轴线(Y轴)平行，则可以认为存在由于成象装置和穿孔装置在移动装置上的低安装精度引起的误差。然后，上述直线和垂线间的平行度误差可作为修正数据存储起来，基准标记上的图象处理和穿孔位置的设定可以修正上述误差的量，以保证更高的穿孔精度。
其后操作移动装置20a和20b使两钻头43c处于穿孔位置P1和P2，操纵空气主轴43a进行穿孔。此时，在固定和活动侧的钻头43c分别穿过孔60和槽63，对印刷电路板进行穿孔。
在本实施例中，在进行穿孔而设定穿孔位置时，需要将两基准标记的误差之半分别分配给两个基准标记，但是对分配误差的方法并不作限制。
另外，每次通过移动装置移动在活动侧的成象装置和穿孔装置时需要进行取得两成象装置之间精确间隔的操作。当样板可能长期使用后发生变形时，可以从工作台卸去样板来测量基准孔之间的间隔，以便总是可以保证精确的计算。但是当样板是由与印刷电路板相同的材料制成时，样板的变形在计算中可以忽略不计，这是因为由于温度变化等因素，它们承受相似的变形。
基准孔62的位置设置和尺寸，应使基准孔62无论成象装置移动到那里都总是包括在活动侧成象装置2b的成象区域内。
在本实施例中，待穿孔的印刷电路板是分层板，并使用X射线摄象机作为成象装置来形成未在表面显露的基准标记。但是，如果穿孔是在非分层板，基准标记显露出来的印刷板上进行的，那么可以使用普通电视摄象机。从成本上来看，使用普通电视摄象机是有利的，这是因为无需昂贵的X射线发生器和安全设施。另外，虽然使用钻头作为穿孔装置，但是也可以使用其它装置如冲头替代。
图8表示样板的另一实施例。该样板65具有在其纵向上成排设置的基准孔65b，并用固定螺钉65a固定在工作台1上，用这种样板替代前述实施例的样板61。基准孔65b之间的间隔是已知的，象前述实施例中一样，基准孔65b中的两个通过成象装置2a和2b成象并图象处理以标识两成象装置2a和2b之间的精确间隔。印刷电路板由穿过基准孔65b的钻头43c钻孔。在本实施例中，印刷电路板可以只在面对基准孔65b的位置上穿孔，但是样板结构简单，易于制造。
按照本发明，在印刷电路板穿孔前，使用样板可以精确地标识两成象装置之间的间隔，在此基础上可计算基准标记之间的精确间距。这样就可保证精确的穿孔，从而改善印刷电路板的质量。可卸式样板的使用提供了一种对样板变形等的解决方案。另外，如果样板是由与印刷电路板相同的材料制成的话，其变形引起的误差并可以忽略不计，这是因为样板的变形会伴之以印刷电路板相似的变形。
权利要求
1.一种印刷电路板穿孔设备，其特征在于它包括一个工作台，设有一对基准标记的印刷电路板设置在工作台上；分别用于形成所述基准标记的设置在固定和活动侧上的成象装置；用于以所述基准标记的成象结果为基础，在工作台上的所述印刷电路板上进行穿孔的穿孔装置；用于调节在固定侧上的所述成象装置和穿孔装置的位置的第一移动装置；用于整体地将活动侧上的所述成象装置和穿孔装置移向和移离在固定侧上的所述成象装置和穿孔装置的第二移动装置；放置在所述工作台上的样板；以及多个用于确定在所述样板上以预定间隔设置的所述成象装置的位置的基准孔，所述基准孔中的至少一个可以由在固定侧上的所述成象装置所面对，而其它基准孔则布置在由所述第二移动装置将活动侧的所述成象装置移向和移离固定侧的所述成象装置的方向上。
2.如权利要求1所述的印刷电路板穿孔设备，其特征在于所述样板可以装在所述工作台上及从工作台上卸下。
3.如权利要求1或2所述的印刷电路板穿孔装置，其特征在于所述样板是由与所述印刷电路板相同的材料制成的。
4.使用如权利要求1，2和3中任一项所述的印刷电路板穿孔设备的穿孔方法，其特征在于它包括以下步骤按照在所述印刷电路板上待穿孔的孔间的间隔，借助所述第二移动装置移动活动侧的所述成象装置和穿孔装置；使在位于所述两个成象装置附近的所述多个基孔中的每一个基准孔成象，并通过图象处理在所述成象装置的成象区域中取得每个所述基准孔的中心位置；以所述基准孔的每个中心位置和事先得到的所述基准孔之间的间隔为基础计算两个所述成象装置之间的间隔；在所述工作台上设置所述印刷电路板，使两个所述基准标记分别处于两个成象装置的成象区域中；通过两个所述成象装置使两个所述基准标记成象，以便通过图象处理检测两个基准标记的中心位置；以每个所述基准标记的中心位置和两个所述成象装置之间的间隔为基础取得两个所述基准标记之间的间隔，并取得两个所述基准标记间的间隔和待穿孔的孔间的间隔之间的误差，从而从所述基准标记的中心位置修正一个相应于所述误差的一个量以设定穿孔位置，以及在借助两个所述移动装置将两个所述穿孔装置分别移至各自的所述穿孔位置之后，对所述印刷电路板进行穿孔。
全文摘要
本发明的目的是用简单结构在印刷电路板上精确穿孔。多个基准孔设在工作台的样板上。活动侧的成象装置和穿孔装置由第二移动装置移动一个相应于待穿孔的孔间的间隔的量。基准孔由两个X射线辐射装置的X射线照射，以便由成象装置形成它们的辐射图象，并取得其中心位置与图象中心位置差。由于基准孔间隔已知，因而可以计算两成象装置之间的间隔。然后设置印刷电路板，两基准标记由两成象装置成象并接受图象处理以获得其中心位置与图象中心位置间的误差；根据两成象装置之间的间隔计算两基准标记之间的间隔。然后进行修正，分配基准标记和待穿孔的孔的间隔之间的误差以设定由钻头进行的穿孔位置。
文档编号H05K3/00GK1151676SQ9611234
公开日1997年6月11日 申请日期1996年9月20日 优先权日1995年9月22日
发明者齐藤努, 加藤真一 申请人:精工精密株式会社