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Positionierungsverfahren einer Printplatte
in einem Bestückungsautomaten
und Bestückungsautomat
für dieses
Verfahren
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Positionieren einer Printplatte in einem
Bestückungsautomaten,
wobei bei diesem Verfahren Positionierungsmittel die Printplatte
in eine Bestückungslage
bringen, in der zwei einander gegenüber liegende Randteile der
Printplatte durch Klemmmittel festgeklemmt werden und die Printplatte
auf einem Träger
liegt, die sich zwischen den Randteilen befindet.
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Bei Bestückungsautomaten ist es wichtig, dass
die Bauteile mit großer
Genauigkeit auf eine Printplatte gesetzt werden. Eines der Probleme,
die dabei auftreten können
ist, dass die Printplatte nicht genau flach ist. Insbesondere Printplatten,
deren obere Fläche,
meistens die Fläche,
auf der die Bauteile angeordnet werden, eine konvexe Form hat, verursachen
Probleme beim genauen Anbringen der Bauteile. Um dieses Problem
zu lösen
wird in US-A4.951.240 vorgeschlagen, zwei einander gegenüber liegende
Randteile der Printplatte durch Festklemmung zu fixieren. Eine Printplatte
wird mit Hilfe eines Förderbandes
in die Bestückungslage
gebracht, wonach die Printplatte, die noch auf dem Förderband
liegt, zwischen einem ortsfesten und einem beweglichen Klemmrahmen
festgeklemmt. Auf diese Weise befinden sich das Förderband
und die Printplatte beide zwischen den Klemmrahmen. Fixierung durch
Festklemmung nur der Randteile einer Printplatte bildet eine Hilfe
dabei, eine krumme Printplatte mehr oder weniger flach zu machen,
aber dies reicht nicht, besonders nicht in dem zentralen Teil einer Printplatte
mit einer konvexen oberen Fläche.
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In US-A-5.086.556 wird vorgeschlagen, durch
Vakuum die Printplatte gegen einen flachen Träger zu ziehen. Dabei treten
aber oft Abdichtungsprobleme auf. Die untere Seite einer Printplatte
ist oft auch mit elektrischen Leiterspuren und Bauteilen versehen,
oder die Printplatte weist Löcher
auf. Die Verwendung von Vakuum ist schwierig, wo nicht völlig unmöglich. Die
Anwendung eines derartigen Verfahrens ist dadurch nur beschränkt.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ein Verfahren zu schaffen um Printplatten
in flachem Zustand in einem Bestückungsautomaten
zu positionieren und sie in diesem Zustand zu halten.
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Das Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, dass die Klemmmittel auf
die Printplatte ein Moment ausüben, das
derjenigen Seite der Printplatte zugewandt ist, die von dem Träger entfernt
liegt, so dass die Printplatte in eine flache Lage gebracht und
darin festgehalten wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, dass eine Printplatte dadurch flach auf einen
Träger
gelegt werden kann, dass auf zwei einander gegenüber liegende Randteile der
Printplatte ein Moment ausgeübt
wird. Durch die Ausübung
eines Momentes in Richtung derjenigen Seite der Printplatte, die
von dem Träger
abgewandt ist, wird die Printplatte auf den Träger gedrückt und dadurch flach gehalten.
Printplatten mit einer Wölbung,
ungeachtet in welcher Richtung, werden auf diese Weise in einem
flachen Zustand positioniert, so dass das Bestücken mit Bauteilen mit einer
größeren Genauigkeit
erfolgen kann.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die Printplatte mit Hilfe
des Trägers
zunächst
zu einem ortsfesten Klemmrahmen der Klemmittel gebracht wird, wobei
diejenige Seite der Printplatte, die von dem Träger abgewandt ist, zu dem ortsfesten
Klemmrahmen geführt
wird, und zwar in einem Abstand a von dem Rand der Printplatte,
wonach der verlagerbare Klemmrahmen gegen diejenige Seite der Printplatte gedrückt wird,
die von dem ortsfesten Klemmrahmen abgewandt ist, und zwar in einem
Abstand b von dem Rand der Printplatte, wobei der Abstand a größer ist als
der Abstand b, wonach der verlagerbare Klemmrahmen auf die Printplatte
eine Kraft ausübt,
und zwar in einer Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu der Printplatte.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich ebenfalls auf einen Bestückungsautomaten,
bei dem das oben beschriebene Verfahren angewandt wird. Ein Bestückungsautomat
mit Transportmitteln zum Transportieren von Printplatten in dem
Automaten, mit einem Träger
zum Unterstützen
der Printplatte in einer Bestückungslage
und mit Klemmmitteln zum Fixieren zweier einander gegenüber liegender
Randteile der Printplatte durch Festklemmung, weist das Kennzeichen
auf, dass
- – die
Klemmmittel zwei Sätze
mit Klemmrahmen umfassen, die sich auf je einer Seite der zu positionierenden
Printplatte befinden, wobei jeder Satz einen ortsfesten und einen
verlagerbaren Klemmrahmen aufweist, wobei auf einen Randteil der Printplatte
ein Moment ausgeübt
werden kann,
- – Antriebsmittel
vorgesehen sind zum Verlagern der verlagerbaren Klemmrahmen, und
- – pneumatische
Mittel vorgesehen sind zum Ausüben
einer Kraft auf den verlagerbaren Klemmrahmen zum Erhalten eines
Momentes auf die zwei einander gegenüberliegenden
- Teile der Printplatte.
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Vorzugsweise liegen Druckränder der
ortsfesten Klemmrahmen, die auf der Printplatte liegen, in einer
Bezugsebene, die mit einer Bestückungsfläche der
Printplatte zusammenfallen. Die Bestückungsfläche ist meistens die obere
Fläche
einer Printplatte. Die verlagerbaren Klemmrahmen werden auf der
Unterseite der Printplatte gegen die Fläche gefahren. Die obere Seite
der Printplatte liegt dadurch immer in einer festen Bezugsebene
des Automaten, ungeachtet der Dicke der Printplatte. Eine schnelles
Bestücken
mit Bauteilen wird dadurch ermöglicht.
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Eine weitere Ausführungsform weist das Kennzeichen
auf, dass die ortsfesten Klemmrahmen mit Druckflächen versehen sind, an denen
die Printplatten anliegen werden und die einen Winkel α von 0,5° bis 5° mit der
Bezugsebene einschließen,
und dass die Druckränder
der verlagerbaren Klemmrahmen gegenüber den genannten Druckflächen der ortsfesten
damit zusammenarbeitenden Klemmrahmen liegen. Dies führt zu eine
Begrenzung des Momentes, so dass die Gefahr vor Bruchbildung in
der Printplatte wesentlich verringert wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schaubildliche Darstellung eines Bestückungsautomaten,
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2–6 eine schematische Darstellung
der Schritte, in denen eine Printplatte in dem Bestückungsautomaten
nach 1 positioniert
wird,
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7a eine
schematische Darstellung in vergrößertem Maßstab der Einklemmung der Printplatte
in der Bestückungslage,
und
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7b eine
Einzelheit der eingeklemmten Printplatte.
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Der Bestückungsautomat nach 1 umfasst einen Rahmen 1 mit
zwei parallelen Führungsstangen 2.
Ein auf den Führungsstangen
angeordneter Schieber 3 ist über die Stangen in der y-Richtung verlagerbar.
Ein Bestückungskopf 4 ist
an dem Schieber 3 befestigt und über den Schieber in der x-Richtung
verlagerbar. Der Automat hat einen Transportmechanismus zum Transportieren
von Printplatten 6 durch den Automaten hindurch. Das Förderband 5 nur
dieses Transportmechanismus ist dargestellt. Der Bestükkungskopf 4 nimmt
Bauteile von einem Zubringerband 7 und setzt sie auf die
Printplatte.
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Die 2 bis 6 zeigen eine Anzahl Schritte in
dem Prozess zum Positionieren einer Printplatte in einem Bestückungsautomaten.
Der Einfachheit halber ist die Konstruktion zum Positionieren nur
auf der linken Seite der Printplatte dargestellt. Eine ähnliche Konstruktion
gibt es auf der rechten Seite. Die nachfolgenden Elemente sind in
der Konstruktion nach den 2 bis 6 dargestellt (siehe 2):
- – ein U-förmiger Rahmen 8,
der als Träger
für die jeweiligen
Bauteile wirksam ist und der selber an dem Rahmen 1 des
Bestückungsautomaten
befestigt ist;
- – eine
Rahmenplatte 9, die mit dem Rahmen 8 starr verbunden
ist;
- – ein
Förderbandträger 10,
der an der Rahmenplatte befestigt ist;
- – ein
Förderband 5,
das über
Transportrippen 11 läuft
und das von (nicht dargestellten) Antriebsmitteln angetrieben wird
zum Transportieren von Printplatten 6 in einer Richtung
senkrecht zu der Zeichenebene (in 1 der
x-Richtung);
- – eine
Gewindespindel 12, die Lager zwischen zwei Lagerblöcken 13 hat,
die an dem Rahmen befestigt sind;
- – ein
Motor 14, der ebenfalls an dem Rahmen befestigt ist und
der imstande ist, die Gewindespindel über einen Getriebezug 15 in
Drehung zu versetzen;
- – ein
Träger 16,
der mit einem Führungsständer versehen
ist, der längs
einer Führung 18,
die an dem Rahmenbefestigt ist, aufwärts und abwärts bewegen kann;
- – eine
Mutter 19, befestigt an dem Träger 16 und vorgesehen
auf der Gewindespindel 12, so dass Drehung der Gewindespindel
den Träger
aufwärts und
abwärts
bewegen wird;
- – Unterstützungsstifte 20,
die an dem Träger 16 befestigt
sind zum Unterstützen
der Printplatte 6, wobei nur ein einziger Stift in der Figur dargestellt ist;
- – ein
Stift 21, der ebenfalls an dem Träger 16 befestigt ist;
- – ein
beweglicher Arm 22, der mit einem Träger 23 mit einem Führungsrad 24 versehen
ist, wobei dieses Führungsrad
in einer Führungsspur 25 geführt werden
kann, die an der Rahmenplatte 9 befestigt ist;
- – pneumatische
Mittel 26 mit einer Anzahl Einheiten, vorgesehen in der
Längsrichtung
des Arms 22 und je durch einen Zylinder 27, einen
Kolben 28, eine Kolbenstange 29 und eine Feder 30 gebildet,
wobei der Kolben 28 an einem Ende der Kolbenstange 29 befestigt
ist, deren anderes Ende mit dem Arm 22 drehbar verbunden
ist; wobei der Zylinder 27 weiterhin um ein Lager 31 in dem
Rahmen drehbar ist, wobei der Raum 32 in dem Zylinder 27 unterhalb
des Kolbens 28 mit einer Hochdruck-Luftquelle 33 verbunden
ist; wobei der Luftdruck mit einem Steuerventil 34 eingestellt werden
kann,
- – zwei
Sätze Klemmrahmen 35, 36,
wobei jeder Satz durch einen Klemmrahmen 35 gebildet ist, der
an einem beweglichen Arm 22 befestigt ist und auf entsprechende
Weise nachher als der bewegliche Klemmrahmen 35 bezeichnet
wird, und ein anderer Klemmrahmen 36, der an dem Rahmen 8 befestigt
ist und nachher auf entsprechende Weise als der ortsfeste Klemmrahmen 36 bezeichnet
wird; wobei die zwei Sätze
von Klemmrahmen 35, 36 dazu dienen, zwei einander
gegenüber
liegende Ränder
der Printplatte 6 durch Festklemmung zu fixieren, wie dies
nachher noch näher
erläutert
wird.
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Wie oben bereits erwähnt, gibt
es auf der linken und auf der rechten Seite der Printplatte gleiche Positionierungskonstruktionen,
wobei entsprechende Bauteile während
der Positionierung einer Printplatte gleichzeitig bewegen. Eine
Printplatte 6 wird in eine Lage gebracht, in der mit Hilfe
eines Förderbandes 5 (2) Bauteile auf die Printplatte
gelegt werden. Danach wird der Motor 14 eingeschaltet,
so dass der Träger 16 aufwärts bewegt
und die Trägerstifte 20 sich
in Richtung der Printplatte 6 bewegen (3) und folglich die Printplatte von dem
Förderband
heben. Die Bewegungen der jeweiligen Teile sind durch Pfeile angegeben.
Wenn die Printplatte 6 den Pegel des beweglichen Klemmrahmens 35 ungefähr erreicht
hat, macht der Stift 21, der gleichzeitig mit den Unterstützungsstiften 20 aufwärts bewegt wird,
Kontakt mit dem Arm 22 und drückt diesen letzteren aufwärts. Der
bewegliche Klemmrahmen 35 bewegt dadurch auch aufwärts (4). Durch die Form der Führungsspur 25 erfährt der
Arm 22 eine leichte Hubbewegung, wodurch der bewegliche Klemmrahmen 35 ebenfalls
in Richtung der Printplatte 6 bewegt wird, quer zu der
Aufwärtsbewegung,
so dass ein Druckrand 37 des beweglichen Klemmrahmens 35 unter
einen Randteil 38 der Printplatte 6 schiebt (5). Daraufhin wird die Printplatte
aufwärts
bewegt, bis sie mit ihrer Oberseite 39 gegen den ortsfesten
Klemmrahmen 36 stößt. Der
Motor 14 hält
an und das Steuerventil 34 öffnet sich, wodurch der Kolben 28 unter
Luftdruck gelangt. Dadurch erfährt
der Kolben 28 über
die Kolbenstange 29 (6) eine
aufwärts
gerichtete Kraft auf den Arm 22.
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Die auf diese Weise erhaltene Situation
ist in 7a in einem vergrößerten Maßstab für die zwei einander
gegenüber
liegenden Seiten der Printplatte dargestellt. Eine anfangs gekrümmte Printplatte
ist durch eine gestrichelte Linie angegeben. Wie in dieser Figur
deutlich dargestellt, ruhen zwei einander gegenüber liegende Randteile 38 der
Printplatte auf betreffenden Druckrändern 37 der Klemmrahmen 35, wobei
der Druckrand 37 des Klemmrahmens in einem Abstand b von
dem Rand der Printplatte liegt (siehe 7b).
Weiter zu der Innenseite wird die Printplatte durch den Unterstützungsstift 20 unterstützt. Die
obere Fläche 20a der
Unterstützungsstifte 20 und
die Druckränder 37 der
Klemmrahmen 35 liegen in ein und derselben Ebene. Die ortsfesten Klemmrahmen 36 sind
mit Druckrändern 40 versehen,
die in einem Abstand a von den Rändern 41 der Printplatte
liegen. Der Abstand a ist größer als
der Abstand b. Die beweglichen Klemmrahmen 35 werden nun
durch pneumatische Mittel 26 nach oben gedrückt, so
dass die Druckränder 37 der
Klemmrahmen eine Aufwärtskraft
P1 auf die Randteile 38 der Printplatte ausüben. Dadurch
steigen entgegengesetzte Kräfte
P2 auf der Printplatte in den Bereichen der Druckränder 40 der
ortsfesten Klemmrahmen 36. Das resultierende Moment M,
das zu der oberen Seite 39 der Printplatte gerichtet ist, drückt diese
letztere flach auf die Unterstützungsstifte.
Das Moment muss begrenzt werden um zu vermeiden, dass in der Printplatte
Brüche
entstehen. Eine effiziente Methode der Begrenzung des Momentes kann
durch zwei Maßnahmen
erhalten werden. Die erste ist eine untere Fläche 42 des ortsfesten
Klemmrahmens 36 einigermaßen abzuschrägen, beispielsweise über einen Winkel α von 1° oder 2° in der Aufwärtsrichtung,
gesehen von der Mitte der Printplatte aus zu den Rändern derselben.
Die zweite ist, dass der Druckrand 37 des beweglichen Klemmrahmens 35 gegenüber der abgeschrägten unteren
Fläche 42 des
ortsfesten Klemmrahmens positioniert wird. Im Wesentlichen muss
derjenige Punkt des beweglichen Klemmrahmens, wo die Kraft P1 auf
die Printplatte übertragen wird,
gegenüber
der unteren Fläche 42 liegen.
Wenn die Kraft P1 gesteigert wird, nimmt das Moment M zu, bis der
Rand der Printplatte völlig
auf der unteren Fläche 42 des
ortsfesten Klemmrahmens 36 liegt, so dass diese untere
Fläche
als Druckfläche
wirksam sein wird. Die Reaktionskraft P2 wird dann nicht länger auf
das Gebiet des Druckrandes 40 des ortsfesten Klemmrahmens
ausgeübt,
sondern wird über
die Druckfläche 42 verteilt.
Wenn die Kraft P1 zunimmt, nimmt das Moment M nicht mehr zu. In
der Praxis wird die Kraft P1 derart gewählt, das sie größer ist,
so dass man sicher ist, dass die Printplatte auf den Unterstützungsstiften 20 liegen
wird. Statt der pneumatischen Mittel können alternative Mittel benutzt
werden um den beweglichen Klemmrahmen 35 nach oben zu bewegen.
Ein Beispiel ist ein von einem Servomotor betriebener Mechanismus.
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Die durch die Druckränder 40 der
ortsfesten Klemmrahmen definierte Ebene ist die Bezugsebene 43 der
Printplatten. Diese Bezugsebene trifft mit der oberen Fläche 39 der
Printplatte zusammen, d. h. mit der Fläche; worauf die Bauteile gesetzt
werden. Dies bedeutet, dass die obere Seite 39 der Printplatte immer
an derselben Stelle in dem Automaten liegen wird, ungeachtet der
Dicke der Printplatte.
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An dem rechten Teil der 7a ist weiterhin ein Druckmechanismus 44 dargestellt,
wodurch ein Spielraum der Printplatte gegenüber den beweglichen Klemmrahmen,
d. h. in der Ebene der Printplatte, ausgeglichen werden kann. Der
Druckmechanismus umfasst einen Arm 45, der um einen Schwenkpunkt 46 in
der Rahmenplatte 9 schwenkbar ist, und eine Feder 47,
die zwischen dem freien Ende 48 des Arms und einem Befestigungspunkt 49 der
Rahmenplatte 9 gespannt ist. Ein Randteil 50 des
Arms 45 drückt
hier gegen das Führungsrad 24,
so dass der in der Zeichnung dargestellte rechte Arm 22 nach
links gedrängt
wird. Der Arm 22 drückt
die Printplatte ebenfalls nach links, so dass die zwei einander
gegenüber
liegenden Ränder 41 der
Printplatte 6 zwischen den erhabenen Rändern der beweglichen Arme 22 eingeschlossen
werden.
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Nachdem die Bauteile platziert worden
sind, bewegen alle genannten Teile in umgekehrter Reihenfolge, so
dass die Printplatte zum weiteren Transport zu der nächsten Station
in dem Bestückungsautomaten
oder zu einer weiteren Verarbeitungsstation wieder auf dem Förderband
liegt.