DE3532500C2 - Pneumatisch betätigter Bestückungskopf mit Saugkammer für eine Saugpipette - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bestückungskopf für eine Vorrichtung zum Bestücken von Schaltungsplatinen mit Bauelementen, mit einer Saugpipette zum Ansaugen und Festhalten eines Bauelementes; mit einem zylindrischen Gehäuse, das in eine Zylinderkammer und eine Saugkammer unterteilt ist; mit einem in der Zylinderkammer durch Druckluft absenkbaren Kolben, der über eine aus dem unteren Ende des Gehäuses herausstehende Kolbenstange die Saugpipette trägt; und mit einem die Kolbenstange durchsetzenden Saugverbindungskanal, der die Saugpipette mit der wahlweise unter Unterdruck setzbaren Saugkammer verbindet.

Ein solcher Bestückungskopf ist bereits aus der EP 92 274 A1 bekannt. Bei solchen Bestückungsköpfen tritt jedoch das Problem auf, daß die verschiedenen Gleit- und Dichtungsflächen in der Zylinderkammer und in der Saugkammer durch Verunreinigungen der über die Saugpipette angesaugten Luft verschmutzt werden, was zu Betriebsstörungen führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und vor allem ein leichtes Auswechseln solcher Bestückungsköpfe in Vorrichtungen zum Bestücken von Schaltungsplatinen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Saugkammer an dem der Saugpipette abgewandten Ende des Gehäuses und die Zylinderkammer zwischen der Saugkammer und dem bei der Saugpipette liegenden Ende des Gehäuses angeordnet sind; und daß das Ende des Saugverbindungskanals zur Saugkammer durch einen Luftfilter abgeschlossen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. So insbesondere eine Ausführungsform mit einer Detektoranordnung zum Feststellen eines durch die Saugpipette angesaugten Bauelementes, wodurch die Betriebssicherheit des Bestückungskopfes verbessert wird.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Bestückungskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Rückansicht des Bestückungskopfes nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer Detektorvorrichtung von der rechten Seite;

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt der Detektorvorrichtung nach Fig. 3 von der linken Seite;

Fig. 5 eine Vorderansicht der wesentlichen Teile der Detektorvorrichtung nach Fig. 3;

Fig. 6 eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 5 von unten; und

Fig. 7 bis 9 Vorderansichten der räumlichen Position zwischen einer Hülse und einer Saugpipette entsprechend den einzelnen Arbeitsstufen der Detektorvorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Bestückungskopf 44 für Bauelemente zur Verwendung in einer Bestückungsvorrichtung, der den Aufbau der Vorrichtung vereinfacht.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Gehäuse 140 für einen Luftzylinder gezeigt. Das Innere des Gehäuses 140 ist durch eine Abteilung 146 in eine Zylinderkammer 142 und eine Saugkammer 144 eingeteilt. Ein Kolben 148 des Luftzylinders ist mit einem unteren Stangenabschnitt 150 versehen, der aus der unteren Endfläche des Gehäuses 140 hervorsteht, sowie mit einem oberen Stangenabschnitt 152, der sich durch die Abteilung 146 in die Saugkammer 144 erstreckt und gegenüber der Zylinderkammer 142 gleitbar gelagert ist. Der Kolben 148 weist einen Saugverbindungskanal 154 auf, der sich von der vorderen oder unteren Endfläche des unteren Stangenabschnittes 150 bis zur rückwärtigen oder oberen Endfläche des oberen Stangenabschnittes 152 erstreckt. Mit dem unteren Ende des unteren Stangenabschnittes 150 des Kolbens 148 ist mindestens eine Saugpipette 46 verbunden, die die Form einer Leitung mit einer durchgehenden Öffnung hat. Der obere Stangenabschnitt 152 des Kolbens 148 ist aus Sicherheitsgründen an der oberen Endfläche mit einem Luftfilter 156 versehen. Das Luftfilter 156 kann z. B. einen mit Bohrungen versehenen Block enthalten. Der Kolben 148 wird durch eine Rückholfeder 158 in Aufwärtsrichtung vorgespannt.

Der Bestückungskopf enthält weiterhin ein Saugventil 160 und ein Saugventil 162, die auf der Außenseite des Luftzylindergehäuses 140 montiert sind. Das Saugventil 160 kann aus einem Umschaltventil bestehen, das zum Ansaugen eines Bauelementes mit einer Saugleitung verbindet und zum Loslassen des Bauelementes von der Saugpipette mit einem Freigabenanschluß verbindet. Das Saugventil 162 kann ebenfalls ein Umschaltventil enthalten, das zwischen einer Druckleitung und einer Entlüftungsleitung umschaltet. Das Saugventil 160 ist über eine Saugöffnung 164 mit der Saugkammer 144 verbunden, während das Saugventil 162 über eine Luftöffnung 166 in dem Gehäuse 140 mit der Zylinderkammer 142 in Verbindung steht. Außerdem weist das Gehäuse 140 (s. Fig. 2) eine Entlüftungsöffnung 168 auf, die mit dem unteren Teil der Zylinderkammer 142 in Verbindung steht. In dem Kolben 148 ist ein Magnet 170 eingebettet, und das Gehäuse 140 ist mit einem Magnetsensor 172 versehen, der auf der Außenseite angeordnet ist und dazu dient, die Position des Magneten 168 festzustellen, wenn sich der Kolben 148 in der angehobenen Position befindet. Der Kolben weist an seinem oberen Ende außerdem eine Öffnung 174 auf, durch die ein Vakuumsensor mit dem Gehäuse 140 verbunden ist. An dem Kolben 148 sind zwei Federringe 176 angeordnet, von denen der untere an der unteren Wand der Zylinderkammer 142 anstößt, um die Abwärtsbewegung des Kolbens 148 auf einen bestimmten Wert zu begrenzen.

Bei dem beschriebenen Bestückungskopf 44 wird der Kolben 148 nach unten bewegt, was zu einer Abwärtsbewegung der mit dem unteren Stangenabschnitt 150 des Kolbens 148 verbundenen Saugpipette 46 führt, wenn das Luftventil 162 geöffnet und Druckluft durch die Luftöffnung 166 zur Zylinderkammer 142 geleitet wird. Die Abwärtsbewegung des Kolbens wird durch den Anschlag zwischen dem unteren der beiden Federringe 176 und der unteren Wand der Zylinderkammer 142 begrenzt. Die Rückkehr der Saugpipette 46 in die angehobene Lage erfolgt durch Umschalten des Luftventils 162 und durch Verbinden der Zylinderkammer 142 mit der Außenatmosphäre. Hierdurch wird der Kolben 148 durch die Wirkung der Rückholfeder 158 in die angehobene Lage zurückgebracht.

Das Hochsaugen eines plattenförmigen Bauelementes durch die Saugpipette 46 wird durch Öffnen des Saugventils 160 und Zuführen eines Unterdruckes über die Saugöffnung 164, die Saugkammer 144, das Luftfilter 156 und den Saugverbindungskanal 154 in dem Kolen 148 bewerkstelligt. Auch wenn über die Saugpipette während des Saugvorganges Verunreinigungen wie Staub o. dgl. in das Unterdrucksystem gelangen, so hält das Luftfilter 156 diese Teilchen sicher zurück, so daß diese nicht das Saugventil 160 erreichen. Hierdurch ist ein sicherer Betrieb des Saugventils gewährleistet.

Der beschriebene Bestückungskopf vermeidet also Verbindungsmittel wie ein Leitungssystem zum Verbinden des Luftfilters und des Saugventils mit dem Luftzylinder, und durch die Anordnung des Luftfilters am Luftzylinder wird der Gesamtaufbau erheblich vereinfacht.

Der Bestückungskopf der vorliegenden Erfindung ist zweckmäßigerweise mit einer Detektoranordnung versehen, um ein von der Saugpipette angesaugtes Bauelement festzustellen. Fig. 3 bis 6 zeigen eine solche Detektoranordnung. Die Detektoranordnung ist für die Benutzung an einem Bestückungskopf mit mehreren Saugpipetten ausgebildet und für jede dieser Saugpipette vorgesehen. Der Bestückungskopf 44 enthält einen Kopfrahmen 220, eine Mehrzahl von Luftzylindern 48, die in gleichen Abständen auf dem Kopfrahmen 220 befestigt sind, sowie eine Mehrzahl von Saugpipetten 46, die mit den entsprechenden Luftzylindern 48 verbunden sind, um ein Bauelement 58 anzusaugen und zu halten. Der Kopfrahmen 220 ist mit einer Tragplatte 222 versehen, an der die einzelnen Saugpipetten befestigt sind, und an dieser Tragplatte 222 ist wiederum ein feststehendes Trägerglied 224 angeordnet, auf dem L-förmige Gleitlager 226 gleitend getragen werden und als bewegliche Trägerglieder dienen. Das L-förmige Gleitlager 226 ist für jede Saugpipette 46 vorgesehen und gegenüber dem feststehenden Trägerglied 224 vertikal beweglich. Jedes dieser Gleitlager 226 trägt eine eingeschraubte Schraube 228 und weist einen Anschlagbolzen 230 zum Regulieren der unteren Position des Gleitlagers 226 auf. Die Tragplatte 222 ist außerdem mit einem Federstift 232 versehen, der zur Halterung einer Druckfeder 234 dient. Die Druckfeder 234 übt eine Abwärtskraft auf das Gleitlager 226 aus.

Das L-förmige Gleitlager 226 dient als bewegliches Trägerglied (s. Fig. 6 bis 9) und ist mit einem Lichtdetektorbereich eines einzigen Fotodetektors ausgerüstet, der aus einem Lichtsender 236 und einem Lichtempfänger 238 besteht und an der Seite des entfernten Endes der Saugpipette derart angeordnet ist, daß sich die beiden Teile einander gegenüberstehen. Auf dem Gleitlager 226 ist außerdem eine Hülse 240 befestigt, die das entfernte Ende der Saugpipette 46 halbkreisförmig umfaßt. Der Lichtsender 236 und der Lichtempfänger 238 des Fotodetektors enthalten je eine Umlenkvorrichtung, mit der das Licht um 90° umgelenkt wird; hierzu kann ein Spiegel oder ein Prisma dienen. Der Lichtsender 236 lenkt das von einer Lichtleitfaser 242 ausgesandte Licht um 90° um und wirft einen Lichtstrahl quer über die Saugpipette 46, während der Lichtempfänger 238 den Lichtstrahl empfängt, um 90° ablenkt und das Licht auf eine weitere Lichtleitfaser 244 wirft. In der gezeigten Detektoranordnung ist die Hülse 246 mit Schlitzen 246 versehen, um einen ausreichend schmalen Lichtstrahl zu erzeugen, wobei das Aussenden und Empfangen des Lichtstrahles B (Fig. 7) durch die Schlitze 246 erfolgt. Die Lichtleitfasern 242 und 244 sind jeweils mit einem fotoelektrischen Verstärker 248 verbunden, der an der Seite jeder Saugpipette 46 des Bestückungskopfes angebracht ist und in dem ein vom Lichtempfänger 238 zugeführtes Lichtsignal in ein elektrisches Signal umgewandelt und danach verstärkt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß Lichtumlenkvorrichtungen nicht erforderlich sind, wenn um der Saugpipette 46 genügend Raum vorhanden ist, um die Lichtleitfasern 242 und 244 so zu biegen, daß die entfernten Oberflächen dieser Lichtleitfasern einander gegenüberstehen.

An dem Kopfrahmen 220 ist eine Traverse 250 mit rechteckigem Querschnitt um eine Drehachse 252 gelagert, auf der Betätigungsarme 254 befestigt sind. Diese Betätigungsarme 254 greifen an den L-förmigen Gleitlagern 226 an, insbesondere drücken sie gegen die unteren Enden der Schrauben 228. An der Traverse 250 ist außerdem ein Hebel 256 befestigt (Fig. 4), der an einer Stange eines Luftzylinders 258 anliegt, welcher Luftzylinder an der Seite des Kopfrahmens 220 befestigt ist. Der Hebel 256 wird durch eine Zugfeder 260 gegen die Stange des Luftzylinders 258 gedrückt. Die Traverse 250 und die Betätigungsarme 254 bewegen sich bei jeder Bewegung der Stange des Luftzylinders 258 hin und her. Auf dem Kopfrahmen 220 ist außerdem ein Magnetventil 262 angeordnet, mit dem der Betrieb des Luftzylinders 258 gesteuert wird.

Die Arbeitsweise der Detektoranordnung wird nun in Verbindung mit den Fig. 3 bis 9 beschrieben.

Wird die Stange des Luftzylinders 258 zum Zurückziehen betätigt, so befindet sich der Hebel 256 in einem Zustand, der durch ausgezogene Linien in Fig. 3 dargestellt ist. Die Schraube 228 jedes der L-förmigen Gleitlager 226 wird durch den Betätigungsarm 254 nach oben gedrückt und sowohl das Gleitlager 226 als auch die Hülse 240 befinden sich in der angehobenen Position, da die Kraft der Zugfeder 260 stärker ist als die Summe der Kräfte der entsprechenden Druckfedern 234. Fig. 7 zeigt die Position der Hülse 240 in der angehobenen Stellung gegenüber der Saugpipette 46 in der angehobenen Stellung, wenn die Stange des Luftzylinders 48 zurückgezogen ist. In diesem Fall wird die Höhe des Lichtstrahls, der vom Lichtsender 236 durch den Schlitz 246 quer über die Saugpipette 46 verläuft, auf einen Wert eingestellt, bei dem ein von der Saugpipette 46 angesaugtes Bauelement 58 in der korrekten Position den Lichtstrahl abfängt. Die entsprechende Einstellung wird durch die Schraube 228 vorgenommen. Auf diese Weise wird die Anwesenheit oder Abwesenheit eines von der Saugpipette angesaugten Bauelementes durch den Lichtstrahl B festgestellt, der von der Hülse 240 in der angehobenen Position ausgesendet wird. Dies bedeutet, wenn der von dem Lichtsender 236 ausgesandte Lichtstrahl B durch ein Bauelement 58 abgefangen wird (s. Fig. 6), so wird an dem Lichtempfänger 238 kein Lichtsignal erzeugt, so daß das Ansaugen eines Bauelementes durch die Saugpipette festgestellt werden kann. Stellt der von der Hülse in der angehobenen Position ausgesandte Lichtstrahl B jedoch kein Bauelement fest, so wird folgendes ausgeführt:

Der Luftzylinder 258 wird betätigt, um die Stange auszufahren und somit den Hebel 256 im Uhrzeigersinn (Fig. 4) zu verdrehen. Dies bewirkt, daß die Traverse 250 und der Betätigungsarm 254 im Uhrzeigersinn verdreht werden, um das entfernte Ende des Betätigungsarms 254 nach unten zu bewegen. Dies hat zur Folge, daß sowohl das L-förmige Gleitlager 226 als auch die darauf befestigte Hülse 240 in die untere Position bewegt werden. Die Fig. 8 und 9 zeigen die Positionsbeziehungen zwischen der Hülse 240 in der abgesenkten Position und der Saugpipette 46 in der angehobenen Position, wenn die Stange des Luftzylinders 258 zurückgezogen ist. In diesem Fall wird die Höhe des Lichtstrahles B, der von dem Lichtsender 236 durch den Schlitz 246 in Querrichtung der Saugpipette 46 verläuft, auf einen Wert eingestellt, der es zuläßt, daß ein von der Saugpipette 46 in die korrekte Position (Fig. 8) angesaugtes Bauelement 58 den Lichtstrahl B nicht abfängt, ein jedoch in die falsche Position angesaugtes Bauelement (Fig. 9) den Lichtstrahl abfängt. Eine solche Einstellung wird mittels des Anschlagbolzens vorgenommen. Auf diese Weise kann die Position eines Bauelementes an der Saugpipette also mittels des Lichtstrahles B festgestellt werden, wenn sich die Hülse 240 in der abgesenkten Position befindet. Sobald der von dem Lichtsender 236 ausgesandte Lichtstrahl B den Lichtempfänger 238 (Fig. 8) erreicht, so wird ein entsprechendes Lichtsignal im Lichtempfänger erzeugt, das das Ansaugen des Bauelementes in einer korrekten Position anzeigt. Wird der Lichtstrahl jedoch abgefangen und kein entsprechendes Signal erzeugt, so zeigt dies an, daß das Bauelement in einer falschen Position angesaugt worden ist.

Die beschriebene Detektoranordnung kann also feststellen, ob das durch die Saugpipette angesaugte Bauelement vorhanden ist und ob es sich in der richtigen Position befindet. Die Detektoranordnung kann vorteilhafterweise bei einem Bestückungskopf eingesetzt werden, bei dem eine Vielzahl von Saugpipetten in geringen Abständen zueinander angeordnet ist. Die Detektoranordnung hat den Vorteil, daß sie einfach im Aufbau ist, obwohl sie ihre Funktion in bezug auf jede Saugpipette durchführen kann. Die Detektorposition kann auf einfache Weise in ihrer Funktion verändert werden, indem die Schraube 228 und der Anschlagbolzen eingestellt werden, auch wenn die anzusaugenden Bauelemente verschiedene Formen, Maße und sonstige Abweichungen voneinander haben. Zusätzlich kann die Detektorvorrichtung raumsparend eingesetzt werden, da sie mit einem einzigen Fotodetektor arbeitet. Die Detektoranordnung ist so ausgebildet, daß der Fotodetektor an dem Bestückungskopf angebracht ist, so daß die Positionsbeziehungen zwischen dem Fotodetektor und der Saugpipette ohne Ablenkungen leicht eingestellt und stabil gehalten werden können. Außerdem erlaubt es der Aufbau, daß der Detektor unabhängig von der Position des Bestückungskopfes und auch während der Bewegung des Kopfes einwandfrei arbeitet.

Die Detektorvorrichtung ist in der Lage, das Ansaugen eines Bauelementes von einer Bauelemente-Zuführeinrichtung mittels einer Saugpipette, die Position eines Bauelementes bei der Bewegung an den Zentriermechanismus, die Anwesenheit und Position eines Bauelementes nach dem Zentriervorgang und das Bauelement kurz vor dem Einsetzen in eine Schaltungsplatine zu messen.

Die Detektoranordnung nach den Fig. 3 bis 9 ist so aufgebaut, daß das bewegliche Trägerglied mit dem Lichtmeßbereich des Fotodetektors vertikal beweglich ist gegenüber dem Bestückungskopf mit einer Mehrzahl von vertikal beweglichen Saugpipetten, um das Ansaugen eines Bauelementes in der angehobenen Position des beweglichen Trägergliedes zu messen, während die falsche Position des Bauelementes in der abgesenkten Position des beweglichen Trägergliedes gemessen wird. Auf diese Weise kann das Messen eines plattenförmigen Bauelementes durch einen einzigen Fotodetektor für jede Saugpipette durchgeführt werden, was zu einem sehr einfachen Aufbau der Detektoranordnung führt.

Claims (4)

1. Bestückungskopf für eine Vorrichtung zum Bestücken von Schaltungsplatinen mit Bauelementen, mit einer Saugpipette (46) zum Ansaugen und Festhalten eines Bauelementes (58);
mit einem zylindrischen Gehäuse (140), das in eine Zylinderkammer (142) und eine Saugkammer (144) unterteilt ist;
mit einem in der Zylinderkammer (142) durch Druckluft absenkbaren Kolben (148), der über eine aus dem unteren Ende des Gehäuses (140) herausstehende Kolbenstange (150, 152) die Saugpipette (46) trägt,; und
mit einem die Kolbenstange durchsetzenden Saugverbindungskanal (154), der die Saugpipette (46) mit der wahlweise unter Unterdruck setzbaren Saugkammer (144) verbindet,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Saugkammer (144) an dem der Saugpipette (46) abgewandten Ende des Gehäuses (140) und die Zylinderkammer (142) zwischen der Saugkammer (144) und dem bei der Saugpipette (46) liegenden Ende des Gehäuses angeordnet sind; und
daß das Ende des Saugverbindungskanals (154) zur Saugkammer (144) durch einen Luftfilter (156) abgeschlossen ist.

2. Bestückungskopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Detektoranordnung (224, 236, 238, 242, 244, 248) zum Feststellen eines durch die Saugpipette (46) angesaugten Bauelementes (58).

3. Bestückungskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung ein gegenüber dem Bestückungskopf (44) zusammen mit der vertikal beweglichen Saugpipette (46) vertikal bewegliches Trägerglied und eine an dem Trägerglied (224) angeordnete Fotodetektoranordnung (236, 238) enthält, und daß das Ansaugen eines Bauelementes (58) durch die Saugpipette (46) in der angehobenen Position und eine falsche Lage des hochgesaugten Bauelementes (58) in der abgesenkten Position des beweglichen Trägergliedes (224) festgestellt wird.

4. Bestückungskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoranordnung einen Lichtsender (236) und einen Lichtempfänger (238) aufweist, die an der Seite des Saugpipettenendes (46) einander gegenüber angeordnet sind.