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発明の名称 穿孔装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−217198
公開日 平成10年(1998)8月18日
出願番号 特願平9−22746
出願日 平成9年(1997)2月5日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】早川 政名 (外1名)
発明者 浅田 康之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ワークをX・Y軸線方向、θ方向に制御動可能な移動部でクランプしたワークをその移動部で移動させながら三角形、四角形、楕円形状等の異形状の断面形状を呈するパンチとパンチに対向してダイを備えたパンチングユニットで穿孔する穿孔装置であって、前記パンチングユニットのパンチ中心から所定間隔をおいて設けられた撮像部と、その撮像部で撮像されたアナログ画像信号を2値化して記憶する画像処理部と、試し穿孔された異形孔の向き及びその中心を画像解析によって算出し前記パンチングユニットにおける正規のパンチの向き及びその中心と比較判断して修正データを得る演算部と、その演算部に連係されワークの穿孔位置データと撮像部中心からパンチングユニットまでの距離データとパンチの形状を入力したデータ及び前記修正データに基づいて前記移動部とパンチングユニットとを制御しながらワークの前記穿孔位置を所定のパンチングユニットのパンチ直下に移動させ、かつ、修正して穿孔させる制御部とを備えていることを特徴とする穿孔装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、穿孔装置に関する。さらに詳しくは、グリーンシート等のワークを移動させながら三角形や四角形あるいは楕円形状等の異形状のパンチを具備したパンチングユニットでワークを穿孔する穿孔装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の穿孔装置は、ワークをクランプしてX・Y軸線方向に移動可能に構成された移動部と、複数種または同一種の異形状のパンチとそのパンチに対向して設けられたダイとを備えたパンチングユニットを複数台備えて構成されており、移動部とパンチングユニットを制御して移動部を移動させながら所望する穿孔パターンに穿孔している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の穿孔装置に使用されるパンチは、その先端が真円形状の通常のパンチと違い、三角形状や四角形状等の異形パンチであるために穿孔に方向性がある。しかしながら、実際にワークに穿孔された異形孔を計測すると、所望した位置に所望した方向でもって穿孔されておらず、θ方向とX・Y軸線方向に僅かにずれて穿孔されていることが往々にある。この原因として、パンチングユニットまたはパンチの段取り替え時に生じた取付誤差や、ワークまたはワークを保持したワークホルダーの移動部への受け渡し誤差、あるいはこれら双方による誤差等が考えられる。例えば、仮に僅かにでも各々のパンチングユニットがワークに対してθ方向とX・Y軸線方向にずれて取付けられていれば、図8に示すように、ワークWにはこの誤差分だけ所望した位置からずれて夫々の異形孔 H1,H2,H3 が開孔されてしまう。この問題を解消するのには、穿孔位置の寸法公差内にパンチが位置するようにパンチングユニットをずらして機台に取付ければよいわけであるが、この取付け作業(心出し作業)は微妙な作業であり、熟達した作業者にしてもかなりの時間を要してしまい、しかも人手による作業のため人為ミスは避けられない。
【0004】また、この種の穿孔装置のワークWあるいはワークWを保持したワークホルダーW1のクランプ部への受渡しは、オートローダー(自動供給装置)によるものが一般的であり、安定した受け渡し精度が確保されているが、仮にオートローダーとクランプ部が正確に対向した位置関係になく微妙に傾いていたとすれば、ワークWまたはワークホルダーW1がずれてクランプされることになり、図9に示すように、所望した位置からθ方向にずれて(図においては時計回り)に夫々の異形孔 H1,H2,H3 が穿孔されてしまう。
【0005】そこで、本発明は、パンチングユニットの機台への取付誤差や、ワークの受け渡し誤差が生じていても、θ方向とX・Y軸線方向の誤差を吸収して所望する穿孔パターンに精度よく異形孔を穿孔することができる穿孔装置を提供することを目的としたものである。
【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講じた技術的手段は、ワークをX・Y軸線方向、θ方向に制御動可能な移動部でクランプしたワークをその移動部で移動させながら三角形、四角形、楕円形状等の異形状の断面形状を呈するパンチとパンチに対向してダイを備えたパンチングユニットで穿孔する穿孔装置であって、前記パンチングユニットのパンチ中心から所定間隔をおいて設けられた撮像部と、その撮像部で撮像されたアナログ画像信号を2値化して記憶する画像処理部と、試し穿孔された異形孔の向き及びその中心を画像解析によって算出し前記パンチングユニットにおける正規のパンチの向き及びその中心と比較判断して修正データを得る演算部と、その演算部に連係されワークの穿孔位置データと撮像部中心からパンチングユニットまでの距離データとパンチの形状を入力したデータ及び前記修正データに基づいて前記移動部とパンチングユニットとを制御しながらワークの前記穿孔位置を所定のパンチングユニットのパンチ直下に移動させ、かつ、修正して穿孔させる制御部とを備えていることを特徴とする。
【0007】上記技術的手段によれば、ワークを移動部で支持してワークの所望する位置に所望するパンチングユニットのパンチ直下に所定量移動させて漸次穿孔する。そして、そのパンチで試し穿孔された異形孔を撮像部直下に所定量移動させて撮像し、画像処理部でそのアナログ画像信号を縦横に画面分割されたピクセル毎に2値化(1と0:中間階調のない白黒画像)すると共にピクセル毎に対応する番地に記憶する。この記憶された2値化した画像信号と対応する番地をパラメータに画像解析で試し穿孔した前記異形孔の中心位置及びその方向を算出し、パンチングユニットの機台への取付誤差がなく正規なパンチ中心位置及びその方向に対して実際に穿孔された中心位置及びその方向とを比較判断してX・Y軸線方向、θ方向の位置ずれ量、即ち修正データを演算部で算出する。この修正データの抽出はパンチ毎に行われる。そして、このようにして算出されたパンチに対応した修正データをワークの穿孔位置データと撮像部中心からパンチングユニットまでの距離データとパンチの形状を入力したデータに加味させて移動部を所望した正確な方向と位置に制御動させて異形孔を穿孔する。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明をする。図中、符号Aは穿孔装置で、この実施の形態で例示された穿孔装置Aは、グリーンシート(ワーク)Wを所望の穿孔パターンに穿孔するのに好適なものである。
【0009】この穿孔装置Aは、移動部1と、穿孔部2と、撮像部3と、画像処理制御部(画像処理部と演算部を内包する)4と、機構制御部(制御部)5とを備えて構成されている。移動部1は、クランプ部11と、θ方向移動機構12と、X・Y軸移動機構13とからなる。クランプ部11は、開閉可能な爪11aが突設された箱状体を呈してなり、グリーンシートWを保持したワークホルダーW1を該爪11aで正確にクランプして保持するようになっている。θ方向移動機構12は、クランプ部11直下に設けられサーボモータ 12aを駆動源に後述する機構制御部(制御部)5の指令に基づいてクランプ部11を所望する任意の角度に回動・停止するようになっている。X・Y軸移動機構13は、X軸移動機構13a と、Y軸移動機構13b とからなる。X軸移動機構13a は、機台Bの上面に設けたY軸方向に平行する2本のガイドレール13c に跨がって摺動可能に嵌合された台13d 一側端に、サーボモータ13eを取り付け、そのサーボモータ13e を台13d 他側端で回動可能に軸支されたネジ棒13f に連結すると共に、台13d 上面に該ネジ棒13f を挟んでX軸方向に平行する2本のガイドレール13g を設け、該ガイドレール13g と該ネジ棒13f とに前記θ方向移動機構12を摺動可能に嵌合及び螺嵌して、サーボモータ13e の駆動によるネジ棒13f の回転でθ方向移動機構12がX軸方向に移動するようになっている。Y軸移動機構13b は、機台Bに設けたサーボモータ13h に連結するY軸方向に伸びるネジ棒13k を上記台13d に螺嵌して構成され、サーボモータ13h の駆動によるネジ棒13k の回転で台13d 自体がガイドレール13c 上をY軸方向に移動するようになっている。
【0010】穿孔部2は、機台Bのエプロン部b1に並設されており、異形状のパンチ22(22a,22b,22c) とダイ(図示せず)とを備えたパンチングユニット21(21a,21b,21c)からなる。各パンチングユニット21は側面視略コ型状を呈しており、適当な駆動機構によりパンチ22を対向するダイに対して昇降動するようになっている。また、異形状の各パンチ22は、各パンチングユニット21に対して所定の方向で取付くようになっており、このパンチングユニット21の機台Bへの設置誤差が直にパンチ22の位置ずれとなる。
【0011】撮像部3は、パンチ22から所定間隔をおいて設けられた白黒 CCDカメラ31で、アナログ画像信号(中間階調を含んでいる)が出力されるようになっている。この出力されたアナログ画像信号は、画像処理制御部4内で2値化されて画像解析されると共に、2値化された画像はモニタ32に表示される。なお、この白黒 CCDカメラ31中心を機構上及び画像解析上の座標原点POとしている。上記した各パンチ22a,22b,22c の位置ずれ状態及び座標原点POを基準とした所望した正規な位置関係で設置されたとする各パンチ22a,22b,22c 中心までの距離関係を図2に示す。すなわち、この正規な位置関係で設置されたとする各パンチ22a,22b,22c 中心までの距離X1,X2,X3が、後述する機構制御部(制御部)5内のRAM52に予め格納されている。
【0012】画像処理制御部(画像処理部と演算部を内包する)4は、図3に示すように、撮像部用INF(インターフェイス)41と、モニタ用INF42と、RAM43と、ROM44と、CPU45と、交信用INF46とを備えて構成され、バス47を介して相互に連絡されている。撮像部用INF41は、CPU45の指令に基づいて白黒 CCDカメラ31からのアナログ画像信号を予め設定されたしきい値でもってピクセル毎に漸次2値化されるようになっている。このしきい値とは、異形孔H1,H2,H3か背景かを決定させるものである。また、ピクセルとは正方形の点(画素)であり、画面縦横に任意の数のピクセルで画面分割している。モニタ用INF42は、2値化された画像を出力させるために回路である。RAM43は、ピクセル毎に割付けられ2値化された画像データを記憶するメモリエリアと、画像解析上のX軸とY軸の座標が記憶されたメモリエリアと、CPU45がROM44の制御プログラムを実行する場合に用いるレジスタ、フラグ等のエリアとを有している。ROM44は、画像解析に関する制御プログラムが記憶されている。CPU45は、ROM44に格納された制御プログラムを実行して、取込んだアナログ画像信号を2値化し、この2値化された画像の幾何学的特徴である中心座標(X・Y軸方向の位置ずれ量)C(dx,dy) 及びθ方向の位置ずれ量 dθ(方向性)の計測を行い、その結果を交信用INF46を介して機構制御部(制御部)5へ転送する一連の制御を行うものである。交信用INF46は、機構制御部5と各種データ及び指令の交信を行うための回路である。
【0013】機構制御部(制御部)5は、交信用INF51と、RAM52と、ROM53と、CPU54と、θ方向移動機構用INF55と、X・Y軸移動機構用INF56とを備えて構成され、バス57を介して相互に連絡されている。交信用INF51は、画像処理制御部4と各種データ及び指令の交信を行うための回路である。RAM52は、CPU54がROM53の制御プログラムを実行する場合に用いるレジスタ、フラグ等のエリアと、所望する穿孔パターンに応じて設定入力される基準マークM中心を原点としたワーク上の座標(距離)データ及びパンチ形状に対応したパンチングユニット番号(結果的にパンチ形状データとなる)を格納するエリアと、白黒 CCDカメラ31中心を座標原点POとして所望した正規な位置関係で設置されたとする各パンチ22中心までの距離データX1,X2,X3を格納するエリアと、各サーボモータ12a,13e,13h の1ステップ入力あたりのクランプ部11の移動距離データが格納されたエリアと、画像処理制御部4から交信用INF46、51を介して転送された修正データ及びパンチングユニット番号を格納するエリアと、座標原点POに基準マークM中心が位置した際のクランプ部11の座標データ(ワークの位置認識用)とを有している。これらの穿孔に要するデータは、タッチパネル、キーボート等の所望の入力手段によって入力可能になっている。
【0014】ROM53は、CPU54が実行する穿孔に関する制御プログラムが記憶されている。CPU54は、ROM53に格納された制御プログラムを実行して、穿孔装置の全体の制御をおこなうもので、設定入力されたワーク上の座標(距離)データと機構上の座標(距離)データ、または、これらのデータとRAM52に格納された修正データ等に基づいて、θ方向移動機構12のサーボモータ12a とX・Y軸移動機構13のサーボモータ13e,13h に指令するようになっている。θ方向移動機構用INF55は、CPU54からの指令に基づいて出力されたステップ出力を、θ方向移動機構12のサーボモータ12a を駆動させるステップ状電力に増幅している。X・Y軸移動機構用INF13は、CPU54からの指令に基づいて出力されたステップ出力をX軸移動機構 13aのサーボモータ 13eとY軸移動機構 13bのサーボモータ 13hとを駆動させるステップ状電力に増幅している。
【0015】以上のように構成された穿孔装置の一連の動作を説明する。まず、テストワークを保持したワークホルダーW1を所望の手段で正確にクランプ部11の爪 11aにクランプする。そして、テストワークに予め印刷されている(グリーンシートと同位置に印刷されている)基準マークM中心を原点として、各々のパンチングユニット21a,21b,21c に穿孔されるように任意の穿孔対象部位(X・Y座標)とパンチングユニット番号をタッチパネル、キーボート等の所望の入力手段によって漸次入力する。入力が終了したら、X・Y軸移動機構13のサーボモータ13e,13h を駆動させてテストワークの基準マークM中心を白黒 CCDカメラ31中心直下(座標原点PO)に移動させて撮像された基準マークMの画像を解析する。図4に示すように仮に基準マークM中心が座標原点POとずれていたら補正動して原点合わせが行われる(基準マークMは真円形のため方向性の解析は行わない)。なお、画像解析の説明は後述する。
【0016】そして、入力されたデータと距離データX1,X2,X3に基づいてテストワークを移動させ漸次穿孔を行う。穿孔が終了したら、図5に示すように入力されたデータと距離データX1,X2,X3に基づいて各パンチ22で穿孔された異形孔H1,H2,H3を漸次白黒 CCDカメラ31中心直下に移動させ撮像する。このようにすることで、異形孔H1,H2,H3のX・Y軸線方向とθ方向の位置ずれ量が画像解析可能となる。すなわち、異形孔の中心が座標原点POに位置し、かつ、所望した正規な方向に向かっていればパンチングユニット21が位置ずれを生じていないことになり、パンチングユニット21が位置ずれを生じていれば、座標原点POを基準とした異形孔H1,H2,H3の中心座標C(dx,dy)がX・Y軸線方向の位置ずれとなると共に、Y軸線方向を基準として異形孔H1,H2,H3の主軸Eの向きがθ方向の位置ずれ量となる。
【0017】ここで、図4及び図5を参照しながら、異形孔H1,H2,H3及びグリーンシートWに予め印刷されている基準マークMの夫々の中心座標C(dx,dy) 及びθ方向の位置ずれ量 dθ(方向性)の計測を行う画像解析の説明をする。まず、白黒 CCDカメラ31で取込んだ画像を前述したしきい値でもって2値化し、画面分割毎に割付けられたメモリ番地に相応する2値化信号を漸次記憶する。なお、円形の基準マークM及び異形孔H1,H2,H3を1として黒に、背景を0として白に対応させて(その逆も可)、座標系に対応したメモリ番地に基づいて解析がなされる。そして、X軸とY軸を基準軸として黒の連結成分である異形孔H1,H2,H3及び基準マークMの中心座標C(dx,dy) と、黒の連結成分の幾何学的特徴の一要素である方向性が認識できる主軸Eの方向を、画像処理によるモーメント検出によって算出し、これらの算出値に基づいてX・Y軸方向とθ方向の修正データが得られる。
【0018】このモーメント検出による任意形状の平面図形の中心座標C(図心)及び主軸Eの方向の計測は周知技術であり、簡単に説明すれば、黒の連結成分の個々の座標の総和を黒の連結成分数で除することで中心座標C(dx,dy) が得られると共に、黒の連結成分を等価楕円Qと擬制して、算出された中心座標C(dx,dy) を通り、かつ、断面相乗モーメントの値が0となる座標を漸次算出して等価楕円Qの主軸Eを得る。そして、この主軸Eを構成している座標と中心座標C(dx,dy) を通る垂直座標との比較を行うことでθ方向の位置ずれ量 dθが定量的に算出できる。なお、正三角形や正方形のパンチも在るため擬制する等価楕円Qの方向性はY軸方向に長軸がくるように制御されている(極端なθ方向の位置ずれは起こり得ないため問題を生じることはない)と共に、複数存在する主軸Eの選定もY軸に近接した主軸Eを選定するように制御されている。また、真円状である基準マークMは、方向性がないため中心座標C(dx,dy) の計測のみとなる。
【0019】このように画像解析によって算出された異形孔H1,H2,H3の中心座標C(dx,dy)及びθ方向の位置ずれ量 dθからなる修正データと穿孔したパンチングユニット番号を機構制御部(制御部)5内のRAM52に格納する。そして、入力されたデータと距離データX1,X2,X3に修正データを加味して本番用のワークであるグリーンシートWを図6に示したように位置ずれしているパンチングユニット21に応じて(図は正方形のパンチ 22aを具備したパンチングユニット 21aに対応)クランプ部11を正規な方向と位置に移動させて穿孔し、所望した穿孔パターンに精度よく穿孔する(図7参照)。
【0020】なお、本実施の形態では、夫々のパンチングユニット21が夫々に機台Bに対して位置ずれし、かつ、ワークWは正規の位置にクランプされている条件で説明したが、その他、パンチングユニット21が機台Bの所定位置に正確に取付けられ、かつ、ワークWまたはワークホルダーW1が一定量ずれてクランプされた場合、あるいは双方が位置ずれしている場合があるがいずれでも対応するものである。
【0021】
【発明の効果】本発明は、前もって行う試し穿孔の時に、機台に対して正確に取付けられたとするパンチの位置及びその向きとその試し孔とを比較してデータを入手し、それを実際の穿孔時の修正データとして使用する穿孔装置であるから、パンチングユニットの機台への取付誤差やワークの受け渡し誤差が生じていても、所望した穿孔位置に精度よく穿孔できる。しかも、パンチングユニットやオートローダー(自動供給装置)を機台へ設置する際に完全な心出しを要することがないから、段取り替えを速やかに行うことができる。




 

 


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