CN101480800B - 印制电路板打孔机及其打孔方法 - Google Patents

Abstract

一种印制电路板打孔机，包括打孔机构、压紧装置、摄像装置，其特征在于还包括二个移动机械手，分设于上述打孔机构二侧，每个移动机械手具有纵向移动机构、横向移动机构及用于夹持印制电路板夹紧装置，控制装置用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述打孔机构和摄像装置及驱动上述移动机械手在合理的位置完成印制电路板的交接。本发明还公开了一种印制电路板打孔机的打孔方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：提高了打孔的速度，根据控制装置计算出合理位置，完成二个移动机械手之间的交接，整体运行运动惯量小，而无需像单个移动机械手那样大范围高精度地移动，提高了设备的稳定性、可靠性和打孔的精度性。

Description

印制电路板打孔机及其打孔方法 

技术领域

本发明涉及一种印制电路板打孔机，本发明还公开了一种印制电路板打孔机的打孔方法。 

背景技术

印制电路板打孔机(又称穿孔机或冲孔机)，制造电路板过程中必不可少的加工设备，其工作效率的高低和加工精度直接影响到整个制造电路板的工序，常见的印制电路板打孔机包括打孔机构、压紧装置、摄像装置，和电脑控制装置，打孔机构用于在印制电路板上打孔；压紧装置能压紧印制电路板；摄像装置用于拍摄印制电路板的图像，电脑控制装置用于控制整个打孔即的各项工作。这方面的文献，可参考专利号为ZL96112343.5的中国发明专利《印制电路板的穿孔设备及方法》(授权公告号为CN1088320C)，又如专利号为ZL01117438.2的中国发明专利《定位穿孔机》(授权公告号为CN1248836C)，类似的还有专利号为ZL01267210.6的中国实用新型专利《印制电路板的冲孔设备》(授权公告号为CN2509817Y)。 

目前，国产印制电路板行业用的定位冲孔机有很多，但它们都是半自动的，自动寻找目标打完一个孔后，要用人工移动被冲物，将下一个目标移至显示器显示范围内，然后它才能自动寻找目标，并且纠正误差，然后再将其打掉。这样冲孔虽然冲孔精度很高，但是效率很低，尽管定位冲孔机从完成自动寻找目标、纠正误差，到完成冲孔的时间很短，但由于人工移动被冲物所需的时间就长了，所以生产效率还是很低的。 

半自动的自动定位冲孔机，打孔步骤具体如下：被冲物放在移动面板上，被冲物中的目标圆在冲模轴线附近时，目标圆通过反光镜将图像送至摄像机，摄像机通过电脑实时判断该孔为要打的孔后，电脑发出压脚压的命令，这样压脚将被冲物与移动面板牢牢压住，使之不能与移动面板有滑动。然后摄像机再次将摄得的图像送给电脑，电脑将处理后的目标圆误差数据传给控制移动面板左右、上下运动的二只步进电机，作左右、上下误差纠正移动，待二个电机运动结束后，为保证精度，摄像机最后一次进行摄像，并且将摄得的图像再次传给电脑，电脑再次将处理后的目标圆误差数据传给左右、上下运动的二只步进电机，电机再次作左右、上下误差纠正移动，然后电脑发冲模下命令，延时后，电脑发冲模上、压脚上命令，这样一个冲孔周期结束。 

为提高打孔效率，国外有许多生产厂家积极研究全自动定位冲孔机。尤以日本雅麻 哈为代表的系列产品，该产品加工速度快，为0.4秒/孔，生产效率高，加工面积大，但由于采用被冲物不动，整个机头做大幅度的前后左右上下运动来实现自动寻找目标及冲孔的目的，所以存在整个运动机构惯量很大，能耗大，而且制造昂贵，维护成本高的缺点。所以国内很少有厂家使用，即使使用的也是大规模的企业，大量的中小规模企业基本没有能力使用该款设备。 

台湾光纤的全自动定位冲孔机则采用了机头不动，单个移动机械手夹持被冲物做大幅度高精度移动的工作方式，但是移动机架面积比较大，刚性差，运动过程发抖，为了提高冲孔精度只能降低速度。所以台湾光纤的设备价格虽然比雅麻哈有所下降，但速度也慢，为0.62秒/孔，且装夹很不方便。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种打孔速度快、造价较低的印制电路板打孔机。 

本发明解决的再一个技术问题是提供一种打孔速度快的印制电路板打孔机的打孔方法。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种印制电路板打孔机，包括 

打孔机构，用于在印制电路板上打孔； 

压紧装置，用于压紧印制电路板； 

摄像装置，用于拍摄印制电路板的图像， 

其特征在于还包括 

二个移动机械手，分设于上述打孔机构二侧，每个移动机械手具有纵向移动机构、横向移动机构及用于夹持印制电路板的夹紧装置，以及 

控制装置，用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述打孔机构和摄像装置，还用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述二个移动机械手在合理的位置完成对印制电路板的交接。 

进一步，该打孔机还包括用于小范围内微调印制电路板位置的移动台，该移动台对应所述打孔机构设置，并且具有受控于所述控制装置的横向驱动机构和纵向驱动机构。 

夹紧装置优选如下设计：所述的夹紧装置包括 

夹紧片； 

橡皮头，与前述夹紧片配合夹持住印制电路板；以及 

夹紧汽缸，用于驱动前述橡皮头移动以实现松开和夹紧，受控于所述的控制装置。 

所述的夹紧装置通过一固定座设于所述移动机械手上。 

纵向移动机构优选如下设计：所述的纵向移动机构包括 

纵向导轨， 

纵向同步带，呈环形，两端环绕有纵向主动皮带轮和纵向从动皮带轮； 

纵向电机，用于驱动上述纵向主动皮带轮，纵向电机的动力输出端与纵向主动皮带轮的动力输入端连接； 

纵向滑板，能相对上述纵向导轨纵向移动；以及 

纵向固定夹，设于上述纵向滑板上并夹持上述纵向同步带以使纵向滑板随纵向同步带的移动而移动。 

横向移动机构优选如下设计：所述的横向移动机构包括 

横向导轨， 

横向同步带，呈环形，两端环绕有横向主动皮带轮和横向从动皮带轮； 

横向电机，用于驱动上述横向主动皮带轮，横向电机的动力输出端与横向主动皮带轮的动力输入端连接； 

横向滑板，能相对上述横向导轨纵向移动；以及 

横向固定夹，设于上述横向滑板上并夹持上述横向同步带以使横向滑板随横向同步带的移动而移动。 

进一步，所述的横向移动机构设于一横向固定板上而固定于打孔机上，所述的纵向移动机构设于所述的横向滑板上，而所述的夹紧装置通过所述的固定座设于所述的纵向滑板上。 

所述的纵向滑板底部具有与所述纵向导轨配合的纵向滑块。所述的横向滑板底部具有与所述横向导轨配合的横向滑块。设计合理，运行稳定可靠。 

一种印制电路板打孔机的打孔方法，其特征在于该打孔机包括 

打孔机构，用于在印制电路板上打孔； 

移动台，用于小范围内微调印制电路板位置，具有横向驱动机构和纵向驱动机构； 

压紧装置，能将印制电路板压紧于上述移动台以使印制电路板随移动台移动； 

摄像装置，用于拍摄印制电路板的图像； 

二个移动机械手，分设于上述移动台二侧，每个移动机械手具有纵向移动机构、横向移动机构及用于夹持印制电路板夹紧装置，以及 

控制装置，用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述移动台、打孔机构和摄像装置，还用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述二个移动机械手在合理的位置完成对印制电路板的交接； 

包括如下步骤：在控制装置内输入待打孔的印制电路板的数据(如长度、宽度)，将待打孔的印制电路板用其中一个移动机械手夹持住并执行打孔工序，直到控制装置检测到合理的位置，待打孔的印制电路板转接到另一个移动机械手，继续执行打孔工序。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：由于采用二个移动机械手进行合理交接的方式来夹持印制电路板并完成移动，实现了全自动化，提高了打孔的速度，并且，根据控制装置计算出合理位置，完成二个移动机械手之间的交接，整体运行运动惯量小，而无需像单个移动机械手那样大范围高精度地移动，提高了设备的稳定性、可靠性和打孔的精度性，同时，相对于单个移动机械手需要在印制电路板上预留夹持位置而言，本发明无需预留夹持位置，印制电路板利用率大大提高，另外，移动机械手造价相对较低，维护成本也低。当两个二个移动机械手到达极限位置后，设备仍然可以用半自动进行操作，很好地结合了现有的半自动功能，拓展了应用场合。 

附图说明

图1为实施例结构示意图。 

图2为图1中A部放大图。 

图3为图1中B部放大图。 

图4为机头内部放大的结构示意图。 

图5为实施例另一视角结构示意图。 

图6为铜薄布孔结构示意图。 

图7为左移动机械手工作时状态图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 

实施例：如图1至图4所示，本实施例中的印制电路板打孔机包括机头101、工作台100、移动台1、控制装置(图中未示出)和移动机械手2，机头101上设置有打孔机构、压紧装置、显示面板103和输入按钮104，打孔机构用于在印制电路板102上打孔，本实施例中采用凸模9和凹模结构。压紧装置能将印制电路板102压紧于移动台1以使印制电路板102随移动台1移动，本实施例中采用压脚4。 

移动台1用于小范围内微调印制电路板102位置，位于工作台100中央位置，具有横向驱动机构和纵向驱动机构(属于现有技术，图中无显示)。 

摄像装置8用于拍摄印制电路板的图像，摄像装置配备有反光镜6。 

控制装置用于依据摄像装置8传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动移动台1、打孔机构和摄像装置8，还用于依据摄像装置8传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动移动机械手2在合理的位置完成印制电路板的交接。 

移动机械手2为二个，分设于移动台1二侧，分别称为右移动机械手和左移动机械手，每个移动机械手2具有纵向移动机构、横向移动机构及二个并列布置的用于夹持印制电路板的夹紧装置3，二个夹紧装置3通过一固定杆34连接，并且同步运动。 

如图1和图2所示，夹紧装置3通过一固定座33设于移动机械手2的纵向滑板4b上，夹紧装置3包括夹紧片32、橡皮头31和夹紧汽缸(图中未示出)，橡皮头31与夹紧片32配合夹持住印制电路板102，夹紧汽缸受控于控制装置，用于驱动橡皮头31移动以实现松开和夹紧。 

如图1和图2所示，纵向移动机构包括纵向导轨2b、纵向同步带7b、纵向电机1b、纵向滑板4b和纵向固定夹9b，纵向同步带7b呈环形，两端环绕有纵向主动皮带轮6b和纵向从动皮带轮8b，纵向电机1b用于驱动纵向主动皮带轮6b，纵向电机1b的动力输出端与纵向主动皮带轮6b的动力输入端连接，纵向电机1b通过一角铁10b设于横向滑板4a上，纵向滑板4b底部具有与纵向导轨2b配合的纵向滑块5b，能相对纵向导轨2b纵向移动，纵向固定夹9b设于纵向滑板4b上并夹持纵向同步带7b以使纵向滑板4b随纵向同步带7b的移动而移动。 

如图5所示，横向移动机构包括横向导轨2a、横向同步带7a、横向电机1a、横向滑板4a及横向固定夹9a，横向同步带7a呈环形，两端环绕有横向主动皮带轮6a和横向从动皮带轮8a，横向电机1a用于驱动横向主动皮带轮6a，横向电机1a的动力输出端与横向主动皮带轮6a的动力输入端连接，横向滑板4a底部具有与横向导轨2a配合的横向滑块5a，能相对横向导轨2a纵向移动，横向固定夹9a设于横向滑板4a上并夹持横向同步带7a以使横向滑板4a随横向同步带7a的移动而移动。 

横向移动机构设于一横向固定板3a上而固定于打孔机上，机头101上设有一固定板10a，横向固定板3a与该固定板10a连接固定。纵向移动机构设于通过一纵向固定板3b设置于横向滑板4a上。 

印制线路板加工过程中首先在铜薄110上面印刷上图形，见图6，当然图6事例中的孔位是按照设计软件形成的，是很精确的，但是通过腐蚀后多余的铜薄没有了，这时整块板会产生热胀冷缩效应，原来设计的孔位会产生微小的变化，如果纯粹按照设计软件走位进行冲孔就会产生一定的误差。所以在生产过程中，除了按照设计软件进行走位外，还要对目标圆112进行识别将误差进行修正，然后再打孔。这样精度就大大提高了。 

设计软件中的孔位都是正放的，但是在实际操作中印制电路板不可能在夹紧时放得那么正，肯定有一定斜度，这样按照设计软件走位就不够精确了，斜度大时有可能还会找不到目标圆112，所以我们将待打孔印制电路板放好夹紧后，在打孔前先执行一段特殊的程序——找两个工艺圆111(见图6所示)，通过两个工艺圆111的学习，确定印制电路板的放置角度，然后控制装置自动将设计软件的坐标位置进行修正，这样保证按程序走位的精确性，不至于找不到目标圆。这一过程在每张印制电路板打孔前都要自动地执行一次。 

为了实现把右移动机械手中的印制电路板自动交接到左移动机械手上，要求在生产前先输入印制电路板的长与宽，以便控制装置能自动判断出最佳的左右交接位置，执行交接程序，减少大范围的移动，保证设备运行的平稳性。 

加工过程说明： 

在通过输入按钮104，将待打孔的印制电路板102长和宽输入到控制装置中，调出设计文件，进入工作状态。这时右送料机械手伸出处于放板位置，将待打孔的印制电路板102一端放在夹紧装置3中(见图1所示)，按动设备的“开始”按钮，这时控制装置首先发出夹紧命令，将印制电路板102牢牢的夹在夹紧装置3上。然后，控制装置控制右移动机械手2执行找工艺圆111的程序，执行完后自动算出印制电路板102角度，并修整设计软件中的各目标圆112的相对位置坐标，当然，本实施例中的按钮104也可以用鼠标代替。 

如图1所示，然后，右移动机械手2将印制电路板102送到第一个要打孔的孔位。控制装置发出压脚4压的命令，这样压脚4将印制电路板102与移动台1牢牢压住，使之不能与移动台1有滑动。然后摄像装置8将摄得的图像送给控制装置，控制装置将处理后的目标圆误差数据传给控制移动台1，移动台1左右、上下运动的二只步进电机作左右、上下误差纠正移动，同时，为了不使印制电路板102拉紧，这时右移动机械手2也做相应同步的左右，上下移动，以保证精度，然后控制装置发凸模9下的命令，延时后，控制装置发凸模9上、压脚4上的命令，这样一个打孔周期结束，然后控制装置的右移动机械手2将印制电路板102送到了第二个将要打孔的孔位……，以次类推。直到控制装置检测到合适的交接位置时，进行交接。 

遇到合适的交接位置，控制装置发出交接命令，首先左移动机械手2伸出，由控制装置控制移动到合适的交接位置，左侧夹紧装置3将印制电路板102紧紧夹住，这时右夹紧装置3松开同时控制装置控制的横向电机1a和纵向电机1b将右移动机械手2退回到下次印制电路板102装夹位。如图7所示，这时左移动机械手2开始正常工作，其工作过程与右移动机械手2的工作过程完全一样……，直到最后一个孔打好，左夹紧装置3松开，同时控制装置控制的横向电机1a和纵向电机1b将送左移动机械手2退回到下次待命位置，整个冲孔过程完成。 

Claims (10)

1.一种印制电路板打孔机，包括

打孔机构，用于在印制电路板上打孔；

压紧装置，用于压紧印制电路板；

摄像装置，用于拍摄印制电路板的图像，

其特征在于还包括

二个移动机械手，分设于上述打孔机构二侧，每个移动机械手具有纵向移动机构、横向移动机构及用于夹持印制电路板的夹紧装置，以及

控制装置，用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述打孔机构和摄像装置，还用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述二个移动机械手在合理的位置完成对印制电路板的交接。

2.根据权利要求1所述的印制电路板打孔机，其特征在于该打孔机还包括用于小范围内微调印制电路板位置的移动台，该移动台对应所述打孔机构设置，并且具有受控于所述控制装置的横向驱动机构和纵向驱动机构。

3.根据权利要求1所述的印制电路板打孔机，其特征在于所述的夹紧装置包括

夹紧片；

橡皮头，与前述夹紧片配合夹持住印制电路板；以及

夹紧汽缸，用于驱动前述橡皮头移动以实现松开和夹紧，受控于所述的控制装置。

4.根据权利要求3所述的印制电路板打孔机，其特征在于所述的夹紧装置通过一固定座设于所述移动机械手上。

5.根据权利要求1所述的印制电路板打孔机，其特征在于所述的纵向移动机构包括

纵向导轨，

纵向同步带，呈环形，两端环绕有纵向主动皮带轮和纵向从动皮带轮；

纵向电机，用于驱动上述纵向主动皮带轮，纵向电机的动力输出端与纵向主动皮带轮的动力输入端连接；

纵向滑板，能相对上述纵向导轨纵向移动；以及

纵向固定夹，设于上述纵向滑板上并夹持上述纵向同步带以使纵向滑板随纵向同步带的移动而移动。

6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的印制电路板打孔机，其特征在于所述的横向移动机构包括

横向导轨， 

横向同步带，呈环形，两端环绕有横向主动皮带轮和横向从动皮带轮；

横向电机，用于驱动上述横向主动皮带轮，横向电机的动力输出端与横向主动皮带轮的动力输入端连接；

横向滑板，能相对上述横向导轨纵向移动；以及

横向固定夹，设于上述横向滑板上并夹持上述横向同步带以使横向滑板随横向同步带的移动而移动。

7.根据权利要求4所述的印制电路板打孔机，其特征在于

所述的纵向移动机构包括

纵向导轨，

纵向同步带，呈环形，两端环绕有纵向主动皮带轮和纵向从动皮带轮；

纵向电机，用于驱动上述纵向主动皮带轮，纵向电机的动力输出端与纵向主动皮带轮的动力输入端连接；

纵向滑板，能相对上述纵向导轨纵向移动；以及

纵向固定夹，设于上述纵向滑板上并夹持上述纵向同步带以使纵向滑板随纵向同步带的移动而移动，

所述的横向移动机构包括

横向导轨，

横向同步带，呈环形，两端环绕有横向主动皮带轮和横向从动皮带轮；

横向电机，用于驱动上述横向主动皮带轮，横向电机的动力输出端与横向主动皮带轮的动力输入端连接；

横向滑板，能相对上述横向导轨纵向移动；以及

横向固定夹，设于上述横向滑板上并夹持上述横向同步带以使横向滑板随横向同步带的移动而移动，

所述的横向移动机构设于一横向固定板上而固定于打孔机上，所述的纵向移动机构设于所述的横向滑板上，而所述的夹紧装置通过所述的固定座设于所述的纵向滑板上。

8.根据权利要求5所述的印制电路板打孔机，其特征在于所述的纵向滑板底部具有与所述纵向导轨配合的纵向滑块。

9.根据权利要求6所述的印制电路板打孔机，其特征在于所述的横向滑板底部具有与所述横向导轨配合的横向滑块。

10.一种印制电路板打孔机的打孔方法，其特征在于该打孔机包括

打孔机构，用于在印制电路板上打孔；

移动台，用于小范围内微调印制电路板位置，具有横向驱动机构和纵向驱动机构；

压紧装置，能将印制电路板压紧于上述移动台以使印制电路板随移动台移动； 

摄像装置，用于拍摄印制电路板的图像；

二个移动机械手，分设于上述移动台二侧，每个移动机械手具有纵向移动机构、横向移动机构及用于夹持印制电路板夹紧装置，以及

控制装置，用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述移动台、打孔机构和摄像装置，还用于依据上述摄像装置传来的图像进行分析处理获得数据并根据程序驱动上述二个移动机械手在合理的位置完成对印制电路板的交接；

包括如下步骤：在控制装置内输入待打孔的印制电路板的数据，将待打孔的印制电路板用其中一个移动机械手夹持住并执行打孔工序，直到控制装置检测到合理的位置，待打孔的印制电路板转接到另一个移动机械手，继续执行打孔工序。 

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