BE1009814A5

BE1009814A5 - Werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van elektronische onderdelen in een plaat met gedrukte schakelingen.

Info

Publication number: BE1009814A5
Application number: BE9500914A
Authority: BE
Inventors: Robert Wuyts
Original assignee: Framatome Connectors Belgium
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 1997-08-05
Also published as: EP0772381B1; DE69632516T2; DE69632516D1; US5924192A; JPH09199897A; EP0772381A1

Abstract

De elektronische onderdelen, voorzien van een reeks contactpennen, worden opgenomen uit een aanvoereenheid (50) door een opneem- en insteekkop (20) die zich volgens de Y-as verplaatst tot boven een tafel (12) waarop de plaat met gedrukte schakelingen bevestigd is en die zich volgens de X-as kan verplaatsen. De reeks contactpennen worden in overeenstemmende gaten van de plaat geduwd nadat een visuele controle van de positie van de contactpennen en van de gaten is uitgevoer. Deze visuele controle wordt enerzijds verwezenljkt door een camera (70) die vast opgesteld staat tussen de aanvoereenheid en de tafel (12) en anderzijds door een camera (80) die in de nabijheid van de kop (20) opgesteld is en zich tezamen met deze kop kan verplaatsen.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    BESCHRIJVIN (I    Werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van elektronische onderdelen in een plaat met gedrukte schakelingen. 
 EMI1.1 
 



  Deze ultv10dlng op een werkwijze en inrichting voor het aanbrengen van elektronische onderdelen en meer in het bljzonder het aanbrengen van connectoren van het type connectoren 10 een plaat met gedrukte schakelingen van het board" (pnnted circuit board), hierna De zogenoemde omvatten een connectorhchaam waann een reeks contactpennen zijn aangebracht die onderaan of van het lichaam uitsteken. 



  De plaat met gedrukte schakelingen of PC plaat is een relatief dunne plaat uit gelsoleerd materiaal die voorzien is van een aantal openingen of gaten die al of met met elkaar verbonden zijn door een op de plaat gedrukte geleidingsmiddel De dikte van de plaat is met begrensd door de inrichting maar wel door de eigenschappen van de toegepaste connectoren Zowel de werkwijze als de inrichting zion voor het behandelen van mannelijke (male) en vrouwelijke connectoren evenals de rechte en 90'uitvoeringen Tot op heden werden deze connectoren meestal manueel op de PC plaat aangebracht waardoor de efticlentle en de kwaliteit van de verwezenlijkte niet altijd in optimale condities gebeuren Bovendien vergen deze behandelingen heei wat vaardlgheld en precisie en zijn zij blootgesteld aan gevaarlijke behandelingen.

   o a bij het indrukken van de connectoren onder een zware pers 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 heeft betrekk10gEr bestaan reeds inrichtingen die automatisch elektronische componenten vanuit een toevoerkanaal opnemen en in een PC plaat duwen
Zo bestaan er   namelijk   inrichtingen die   uitgerust   zijn met een draaiende kop, voorzien van grijparmen die beurtelings componenten opnemen en in een plaat   duwen Dergelilke inrichtingen   zijn   o. a.   bekend uit Belgisch octrooischrift BE 903 742 op naam van de aanvrager en tevens uit het Duits octrooischrift DE 3 424 323. 



   Deze inrichtingen zijn echter uitsluitend geschikt voor het insteken van enkelvoudige contactpennen of kleine elektronische componenten in een PC plaat, ze zijn echter ontoereikend voor het tegelijk indrukken van meerdere contactpennen, zoals dit het geval is bij connectoren die reeds voorzien zijn met de nodige contactpennen. 



  Er moet   namehj k reken10g   gehouden worden met een indrukkracht per contactpen van 6 tot 10 kg. en connectoren die tot meer dan 200 contactpennen kunnen bevatten en die   bijgevolg   een drukkracht van ongeveer twee ton nodig hebben. 



   Voor het gezamenlijk insteken van een reeks contactpennen van een connector moet men rekening houden met exact uitgelijnde posities van de uiteinden van iedere contactpen om elke beschadiging of vervorming bij het insteken van de pennen in hun overeenstemmende gaten in de PC plaat te voorkomen. 



   Het octrooischrift US-A-4 718   165   beschrijft een inrichting die voorzien is van een opneemkop om connectoren op te nemen en deze met hun contactpennen in overeenstemmende gaten van een PC plaat te steken Hierbij zijn   middelen voorZIen 10   de vorm van een dubbele kam die de contactpennen voor het   1'" steken   in de PC plaat correct uitlijnen De inrichting volgens dit octrooi is voorzien van middelen voor het opnemen, uitlijnen en insteken van contactpennen van een enkele soort (langwerpige) connector Daarenboven zijn de middelen voor het uitlijnen van de contacten mechanisch ingewikkeld en tijdrovend, waarbij een continubeweging van de verschillende bewerkingen onmogelijk is. 



   Het doel van de   huidige   uitvinding is het volledig automatisch en continu inbrengen van   de"press-fit"connectoren   in een PC plaat waarbij het correct insteken van de verschillende 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 contactpennen in de overeenstemmende gaten van de PC plaat gewaarborgd wordt door een visuele controle met aansluitende correctie van de positie der pennen t. o v de gaten
Een tweede doel van de uitvindlng is een inrichting voor te stellen die het mogelijk maakt om een groot aantal verschillende types connectoren op te nemen   uit   hun respectievelijke aanvoerkanalen en selectief in de PC plaat te steken
Een derde doel van de uitvinding is de   ultvoeringssnelheld   en de betrouwbaarheid van bovenvermelde bewerkingen aanzienlijk te verhogen. 



   Ter   verwezenliJking   van deze doelen is de werkwijze en de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt door handelingen en middelen die verder omschreven zijn in de op de beschrijving volgende conclusies. 



   Voor een beter begrip en verdere bijzonderheden van de uitvinding volgt hierna een beschnjving van een uitvoenngsvorm, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen waarin : . figuur   t :   een schematische voorstelling IS van de opstelling en de bewegingen van de voornaamste onderdelen van de innchting, . figuur 2 een perspectief aanzicht is van een inrichting aangepast volgens de uitvinding met de visuele controle middelen. 



   De   belangrijke   onderdelen van de inrichting zijn schematisch voorgesteld in figuur 1 en omvatten een vaste basis 10, met centraal opgestelde tafel 12 waarop een (of meerdere) PC plaat 14 bevestigd is De tafel 12 kan zich volgens een X-as verplaatsen, dwars onder een portaal   16   die met haar verticale staanders aan de onderzijde verbonden is met de vaste basis 10
Er IS gekozen voor een   port aal opstelling omwille   van de nauwkeurigheid en de stabiliteit van het geheel Bij voorkeur is het portaal 16 en de basis 10   uit   graniet vervaardigd
Bij een portaal opstelling is de nauwkeurigheid beter onder controle dan bij een X-Y tafel Een portaal maakt onmlddellijk het opnemen en het insteken mogelijk en verschaft bovendien de 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 mogelijkheid om de inrichting in een 

  produktielijn in te bouwen met automatische   n- en uttvoer   van onderdelen en afgewerkte produkten. 



   Onderaan de bovenligger van het portaal 16 is een siede 18 opgesteld die beweegbaar is volgens een   Y-as.   en die zieh dus dwars over de tafel 12 kan verplaatsen tussen de verticale staanders van het portaal 16. 



   De siede 18 is voorzien van een opneem- en insteekkop 20 die zich op en neer kan bewegen volgens de Z-as, en tevens een draaibeweging kan uitvoeren. 



   Een   gnjpmechanlsme   22 die onderaan de kop 20 opgesteld is, kan zich dus t o. v de PC plaat 14 als volgt bewegen. dwars over de plaat, op en neer en draaien. 



   Onderaan de PC plaat is een ondersteuningsmechanisme voorzien in de vorm van een aambeeld 30 die eveneens op een siede 28 gemonteerd is en die zieh ook zoals de kop 20 volgens een Y-as kan verplaatsen. 



   Het aambeeld 30 kan zieh, evenals de kop 20, op en neer bewegen volgens een Z-as, en een   draalbeweglng   uitvoeren. 



   De bovenzijde van het aambeeld 30 is voorzien van een opvangmechanisme 32 die zieh onderaan t   o. v.   de PC plaat als volgt kan bewegen : dwars onder de plaat, op en neer en draaien. 



   Om het mogelijk te maken verschillende types connectoren op te nemen en in de PC plaat te steken, zijn respectievelijk het grijpmechanisme 22 van de kop 20, en het opvangmechanisme 32 van het aambeeld 30 uitgerust met middelen om automatisch uit   respectievelijke   magazijnen 40,

  60   speciaal   aangepaste werktuigen op te nemen die het mogelijk maken om elke specifieke connector uit een van de aanvoerkanalen 50 op te nemen om in de PC plaat te steken waarbij deze plaat door een aangepast werktuig op het aambeeld 30 ondersteund wordt
Voor elk type van connector heeft de inrichting een gereedschapsset nodtg
Deze bestaat uit een onderwerktuig voor het aambeeld 30 en een bovenwerktuig voor de   opneem-en tnsteekkop   20 

 <Desc/Clms Page number 5> 

   Oe   verschiilende   bovenwerktuigen   voor de kop 20   bevinden   zich in een magazijn 40 dat opgesteld is aan een zijde van het portaal 16 en boven het niveau van de tafel   12  
De verschillende overeenstemmende onderwerktuigen van het aambeeld 30 bevmden zieh in een magazijn 60 die opgesteld is aan 

  
 EMI5.1 
 dezelfde van het magazijn 40 maar onder het niveau van de tafel 12 zijdeBeide werktuigmagazilnen 40 en 60 zijn beweegbaar opgesteld volgens een X-as dus dwars t o   v.   de beweging volgens de Yas van de kop 20 en het aambeeld   30.   leder van de werktuigen die zieh in de magazijnen 40 en 60 bevinden kunnen   zich   bijgevolg   aanbleden   recht tegenover, respectievelijk, het grijpmechanisme 22 van de kop 20 en het opvangmechanisme 32 van het aambeeld 30
Eenmaal dat een aangepast bovenwerktuig uit het magazijn 40 gegrepen is door het mechanisme 22 van de kop 20 en een overeenstemmend ondermechanisme opgevangen is door het mechanisme 32 van het aambeeld 30, kan de siede 18 van de kop 20 zieh verplaatsen volgens de Y-as naar de andere zijde van het portaal 16 waar een reeks aanvoerkanalen 50,

   of dergelijke, zijn ondergebracht en van waaruit de gepaste connector opgenomen en vastgehouden wordt door de kop 20
Ondertussen positioneert het   onderwerktuig   van het aambeeld 30   zich   onder de gaten van de PC plaat waar de contactpennen van de uitgekozen connector zullen ingestoken worden
Door de   draalbewegmg   van de kop 20 en van het aambeeld 30, respectievelijk, kan een connector vanuit een aanvoerkanaal 50 opgenomen worden die in een richting volgens de X-as ligt en hem vervolgens verdraaien om volgens de Y-as in de PC plaat te steken,

   waarbij deze laatste ondersteund wordt door het   onderwerktulg   van het aambeeld 30 die zieh eveneens verdraaid heeft tot dit doel
De   werktuigwissel   gebeurt automatisch en volgens het bestukkmgsprogramma van de PC plaat die   vastgelegd   is in het geheugen van de bestunngseenheid (computerprogramma) van de inrichting en waar in deze   beschrijving   niet verder op ingegaan wordt 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 
Volgens de uitvinding wordt, tijdens de verplaatsing van de kop 20 met de opgenomen connector, tussen een aanvoerkanaal 50 en een PC plaat 14 die op de tafel 12 gemonteerd is, een visuele controle uitgevoerd, enerzijds op de stand der contactpennen van de opgenomen connecter en anderzijds van de stand van de gaten van de PC plaat waarin de pennen moeten ingestoken worden. 



   Op figuur 2 is de opstelling van de middelen, die deze visuele controle mogelijk maken, afgebeeld. Deze middelen kunnen bvb.   camera's zijn.    



   Tussen de aanvoerkanalen 50 en de tafel 12 (PC plaat) staat een vaste camera 70 opgesteld. Elke opgenomen connector wordt door middel van de opneemkop 20 boven de camera 70 verplaatst zodanig dat een beeld van de onderzijde van deze connector via een spiegel 72 door de optisch as van de camera 70 opgevangen wordt. 



   Het nodige licht wordt verkregen door lampen 74 van het type halogeenlampen of licht emitterende dioden die bij voorkeur een diffuus licht uitstralen. 



   Het focusvlak van de camera 70 is vast en het scherpteveld van de camera moet bijgevolg bijgeregeld worden door een op en neergaande beweging (Z-as) van de opneem-en insteekkop 20. 



   De camera 70 is bij voorkeur van   het "asyncron-shutter   array CCD"type. Hierdoor kunnen stilstaande beelden gemaakt worden van de onderzijde (met uitstekende contactpennen) van de bewegende connector of van gaten van een andere connector-behuizing. 



   Uit het beeld   of beeldenreeks   wordt de positie van de contactpennen   en/of connectorhuis bepaald 1. 0   v. het centrum van de insteek-as. Op de slede 18 van de opneem- en insteekkop 20 is een tweede camera 80 opgesteld. Dit is bij voorkeur een normale "CCD array" (Charged Coupled Device)

   camera die de positie moet vastleggen van de overeenstemmende gaten in de PC plaat of van de contactpennen die reeds bevestigd zijn in een andere connector-behuizing
Met de siede 18 kan de camera 80 dwars over de PC plaat gepositioneerd worden De optische as van de camera 80 is over een gekende afstand volgens de X-en Y-as verschoven t o v de as van de kop 20 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 
De camera 80 wordt boven een gat van de PC plaat   geplaatst   op een   positie   waar het gat   werkelijk   moet zijn en dit zonder rekening te houden met de afwerkingstoleranties. Uit het werkelijke camerabeeld wordt het centrum van het gat   berekend.   



   Door meerdere metingen per PC plaat kunnen de   werkelijke     posltles   van de boorpatronen gevonden (gemeten) worden
Aangezien camera 80 op de siede 18 gemonteerd is moet hij voorzien zijn van een   zelt nstellende   focus, waarbij het beeld scherp gesteld kan worden op de gaten of reeds bestukte onderdelen of connectoren. 



   Tijdens het transport of de vlucht van de connector van de een aanvoerkanaal 50 naar de bestukkingspositie boven de PC plaat, worden de beelden van de twee camera's 70 en 80 over   elkaar geplaatst   en vergeleken waardoor een   Xi-correctie   gedaan kan worden, zodanig dat de contactpennen van de connector, met een zo dicht mogelijk gemiddelde benadenng, in de centra van de overeenstemmende gaten kan gepositioneerd worden. 



   Is er volgens de beelden geen succesvolle bestukking mogelijk, dan wordt de connector verworpen
Als bljkomende   vetligheidscontrole   kan de opneem- en insteekkop 20 voorzien zijn, zoals reeds gekend bij gelijkaardige inrichtingen, van een krachtmeeteenheid waarvan de uitgangsspanning evenredig is met de indrukkracht. 



     Voor elk   connector type is er namelijk een   ideaal   krachtdiagramma opgenomen in de besturingseenheid (computer) Bij elke bestukking wordt het reele krachtverloop vergeleken met het normale diagramma Bij een verschil in de uitgeoefende kracht die "te   groot"of"te klon') s,   wordt de machine gestopt. 



   De belangrijkste voordelen verbonden aan de inrichting volgens de ultvindtng zijn   *   grote betrouwbaarheidsgraad van de afgewerkte PC platen,   *     hoge   snelheid bij het bestukken van een PC plaat zelfs met   verschillende   tvpes van connectors, * grote   flexibiliteit   van toepassingen meerdere PC platen   tegelijk   behandelen. aanbrengen van conrectoren met rechte, naar onder 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 gerichte contactpennen   of met zijdelings,   met 900 verdraaide contactpennen.    mogelijkheid   voor het indrukken van"press-fit" conrectoren voorzien van meer dan 150 contactpennen tegelijk.

      eenvoudige   mechanische constructie en efficiente opstelling van de bewegende onderdelen (tafel, opneem- en insteekkop en aambeeld)

Claims

CONCLUSIES 1. Werkwijze voor het aanbrengen van electronische onderdelen, voorzien van een reeks contactpennen, in een plaat (14) met gedrukte schakelingen, waarbij een opneem- en insteekkop (20) zieh in een bepaalde richting (Y) verplaatst tussen een aanvoereenheid (50) voor onderdelen en een tafel (12) die zieh volgens een andere richting (X) kan verplaatsen en waarop de plaat (14) bevestigd is, met het kenmerk dat, gedurende de verplaatsing van de opneem- en insteekkop (20), dewelke een electronisch onderdeel uit de aanvoereenheid (50) heeft opgenomen, tussen de aanvoereenheid (50) en de tafel (12) met de plaat (14) met gedrukte schakelingen, een visuele controle uitgevoerd wordt van het onderdeel voorzien van contactpennen om alsdusdanig de werkelijke positie van iedere pen vast te leggen in een eerste beeld,

die vergeleken kan worden met de positie van de overeenstemmende gaten in de plaat (14).
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat, een visuele controle uitgevoerd wordt van de positie van minstens een gat van de plaat (14) waarbij een tweede beeld van de werkelijke positie van het gat (gaten) verkregen wordt, waarna het eerste en het tweede beeld over elkaar geplaatst worden om een vergelijking mogelijk te maken en eventueel een XY-correctie kan toegepast worden om de contactpennen van het onderdeel zo dicht mogelijk in de centra van de overeenstemmende gaten van de plaat te positioneren.
3. Inrichting voor het aanbrengen van electronische onderdelen, voorzien van een reeks contactpennen, in een plaat (14) met gedrukte schakelingen, waarbij de inrichting hoofdzakelijk voorzien is van een onderstel of basis (10) waarop een tafel (12) gemonteerd is die zieh volgens een eerste richting (X) kan verplaatsen en een opneemen insteekkop (20) zieh volgens een tweede richting (Y) boven de tafel (12) kan verplaatsen, loodrecht t o v van de eerste richting, tussen een aanvoereenheid (50) voor onderdelen en de tafel (12) waarop de plaat (14) bevestigd is, <Desc/Clms Page number 10> met het kenmerk dat, tussen de aanvoereenheid (50) en de tafel (12) visuele controlemiddelen (70)

aangebracht zijn die het mogelijk maken een eerste beeld op te maken van de werkelijke positie van de contactpennen van het opgenomen onderdeel.
4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat in de nabijheid van de opneem- en insteekkop (20) visuele controlemiddelen (80) zijn opgesteld, die met de kop (20) meebewegen en die dwars over de plaat (14) gepositioneerd kan worden voor het opvangen van een tweede beeld die de werkelijke positie van de gaten van de plaat (14) vastlegd.
5. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de opneem- en insteekkop (20) op een siede (18) bevestigd is, die zieh dwars (volgens een Y-as) boven de tafel (12) kan verplaatsen en die gemonteerd is onderaan de dwarsligger van een portaal (16) dewelke met zijn verticale staanders aan de onderzijde verbonden is met de vaste basis (10).
6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de basis (10) en het portaal (16) vervaardigd zijn uit graniet.
7. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat onderaan de tafel (12) een ondersteuningsmechanisme voorzien is in de vorm van een aambeeld (30) die op een slede (28) gemonteerd is die zieh volgens een Y-as kan verplaatsen en die zieh eveneens op- en neer kan bewegen volgens de Z-as teneinde de plaat (14) te kunnen ondersteunen gedurende het induwen van een reeks contactpennen.
8. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de opneem- en insteekkop (20) aan de onderzijde uitgerust is met een grijpmechanisme (22) die het mogelijk maakt om, voor elk verschillend type van electronisch onderdeel, een aangepast werktuig op te nemen vanuit een magazijn (40) dat opgesteld staat aan de zijde van het <Desc/Clms Page number 11> portaal (16) dat tegenover de aanvoereenheid (50) ligt en op een niveau dat hoger ligt dan de tafel (12).
9. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de bovenzijde van het aambeeld (30) uitgerust is met een opvangmechanisme (32), die het mogelijk maakt om, voor elk verschillend type van electronisch onderdeel, een aangepast werktuig op te nemen vanuit een magazijn (60) dat opgesteld staat aan een zijde van het portaal (16) dat tegenover de aanvoereenheid (50) ligt en op een niveau dat lager ligt dan dat van de tafel (12).
10. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de visuele controlemiddelen (70) bestaan uit een camera van het"asyncron-shutter array CCD"type waardoor stilstaande beelden kunnen gemaakt worden van de onderzijde, met uitstekende contactpennen, van het bewegende onderdeel of van gaten van een ander connector behuizing.
11. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de visuele controlemiddelen (80) bestaan uit een camera van het normale"array CCD"type die de positie van de overeenstemmende gaten van de plaat (14) of van contactpennen die reeds bevestigd zijn in een ander connectorhuis, moet vastleggen.
12. Inrichting volgens conclusies 3 en 5, met het kenmerk dat de opneem- en insteekkop (20) voorzien is van een krachtmeeteenheid waarvan de uitgangsspanning evenredig is met indrukkracht van de contactpennen in de plaat (14).