CH664110A5 - Machine automatique de placement de composants sur des substrats, tete de placement pour cette machine. - Google Patents

Description

DESCRIPTION

La présente invention concerne une machine automatique de placement de composants sur des substrats, destinée notamment à la confection de circuits électroniques, comprenant au moins un emplacement d'alimentation en composants, des moyens-supports de substrat, au moins une tête de placement et des moyens de positions séquentiels de ladite tête au-dessus des emplacements d'alimentation et des moyens-supports de substrats, ladite tête comprenant une pipette plongeante qui a une extrémité inférieure de préhension de composant commandée et qui est apte à effectuer des plongées pour prélever d'un dit emplacement un composant, susceptible d'avoir différents formats, et pour le poser en place sur un substrat disposé sur lesdits moyens-supports, et des moyens de commande de ces plongées de la pipette.

L'invention concerne également une tête de placement pour une telle machine.

Des machines automatiques de placement répondant à la définition générique ci-dessus sont connues, l'une d'elles est offerte sur le marché par les deux maisons sœurs Isméca SA 2300 La Chaux-de-Fonds Suisse et Isméca USA INC. 17601 Lancaster P.A. USA, sous le nom de catalogue ISMECA-PLACER. D'autres maisons offrent des machines du même genre.

La machine existante susmentionnée, qui illustre typiquement l'art antérieur, comprend une pluralité d'emplacements d'alimentation à chacun desquels peuvent parvenir des composants tels que chips, résistances, condensateurs, etc., servant à former un circuit électronique. Ces endroits d'emplacement sont alimentés principalement par des bandes de composants en bande, ou des coulisses à vibreur, ou encore des magasins de stockage à charger préalablement. Les dimensions de composant admissibles vont de 1 à 28 mm.

Comme dans pratiquement toutes les machines de ce genre, l'aptitude de préhension de l'extrémité inférieure de la pipette est obtenue par aspiration d'air, sélectivement enclenchée et déclenchée.

Dans la machine susmentionnée, les moyens de commande de plongée de la pipette sont pneumatiques, faisant passer impérativement un piston d'une position extrême à une autre.

L'extrémité inférieure, de préhension, de la pipette est du reste 5 constituée par un embout, lequel peut être interchangé avec d'autres, choisi dans un jeu d'embouts différents offerts par la machine. Des chiens de centrage permettent d'améliorer la précision d'orientation des composants à déposer sur le substrat.

Il est toutefois différents aspects selon lesquels il serait désirable 10 d'améliorer encore les prestations fournies par l'art antérieur. Le but général de la présente invention est de fournir de telles améliorations.

Même si l'on ne tient pas compte de la diversité des formats des composants à placer, on doit prendre en compte une certaine disper-15 sion des dimensions extérieures des composants. La course de la pipette étant fixe, le paramètre relatif à l'épaisseur (ou au diamètre) du composant est pris en compte par le positionnement vertical de toute la tête. Toutefois, avec le système actuel de la plongée impérative, un composant de diamètre ou épaisseur un peu faible risque de 20 n'être pas bien placé sur le substrat, tandis qu'un composant de diamètre ou épaisseur plutôt fort sera pratiquement écrasé entre l'embout de la pipette et le substrat. Pour le positionnement vertical de la tête avant chaque plongée (mémorisé sur ordinateur) on doit donc trouver un compromis adéquat, ce qui complique le réglage et 25 oblige à modifier la hauteur de la tête avant la plongée, même pour deux composants cylindriques dont le diamètre ne diffère que d'une fraction de millimètre. Le réglage de la machine, pour chacun des nombreux composants à placer sur le substrat au cours d'un cycle, se trouve de ce fait assez fastidieux et cette situation contrecarre 30 l'utilisation de la machine pour un large domaine de dimensions de composant.

La solution consistant à commander toute la course de plongée de façon élastique ne peut être retenue car elle présenterait l'inconvénient majeur d'une précision de fonctionnement dépendant de la 35 cadence, du fait de l'inertie des pièces mobiles en présence. Ainsi, un réglage précis effectué au ralenti n'est plus, ou plus guère, reproductible à cadence élevée, l'embout risquant de se comporter en marteau-pilon abîmant le composant. De plus, les temps de travail seraient allongés. Cet effet d'inertie empêche d'envisager une plongée 40 entièrement élastique; ce problème de l'inertie est même gênant dans les machines actuelles à plongée rigidement impérative et l'invention vise également à améliorer la situation quant à cet inconvénient d'inertie.

Une course de plongée totalement élastique aurait du reste aussi 45 le notable inconvénient de rendre fort aléatoires les changements d'embout qui demandent une force nettement plus grande que le placement de composants de dimensions moyennes. De plus, on remarque que la force nécessaire pour mettre en place divers composants peut être très variable, allant d'à peine quelques grammes pour 50 les plus petits composants jusqu'à l'ordre de grandeur de 80 g, par exemple, pour des chips de grandes dimensions ayant de nombreuses pattes à faire passer dans un trou ou dans une bosse d'adhésif conducteur. La plongée à course entièrement impérative actuelle ignore ces questions; si elle est remplacée par une solution plus évoluée, ne 55 pouvant plus ignorer ces problèmes, il serait bon que ces questions de force de résistance au placement trouvent une solution avantageuse.

Si l'on arrive à améliorer la souplesse d'utilisation en améliorant, par suite de simplification des réglages, le domaine des dimensions 6o de composants entrant en question, on devra conjointement élargir le domaine de travail des chiens de centrage, lorsqu'il en est. Des chiens de centrage à gradin, dont l'envergure est déterminée par le niveau et donc la forme de l'embout, peuvent être utilisés seulement dans une faible mesure. En effet, la plongée de la pipette, avec 65 l'embout, doit rester relativement modeste (de l'ordre de 20 mm), et, s'il s'agit d'aller, avec un embout court, prélever un petit composant à recentrer ensuite par les gradins les plus centraux des chiens, on devra positionner déjà la tête relativement bas avant la plongée, et

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des chiens s'étendant trop loin vers le bas risqueraient d'encombrer l'espace de travail, notamment d'interférer avec des parois de magasins de stockage. Un aspect des performances visées concernera donc l'élargissement de la capacité des chiens de centrage (la capacité actuelle de quelque 20 mm serait avantageusement élargie à quelque 50 mm, soit 2 pouces).

On vient de mentionner, non exhaustivement, quelques-uns des points faibles de l'art antérieur au sujet desquels l'invention vise à fournir des améliorations.

Le but de l'invention est donc principalement d'améliorer, relativement à l'art antérieur, les performances d'une machine du type en question, en particulier quant à l'élimination des effets néfastes de l'inertie, la simplification des réglages sans diminution de la précision, la souplesse d'utilisation et la largeur du domaine des dimensions et formats de composants admissibles.

Conformément à l'invention, ce but est atteint par la présence des caractères énoncés dans la revendication 1 annexée de même que, concernant la tête de placement elle-même, dans la revendication 16 annexée.

Les revendications dépendantes définissent des formes d'exécution qui atteignent ce but d'une façon encore plus poussée et/ou d'une façon encore plus diversifiée.

Les particularités et avantages de l'objet de l'invention apparaîtront du reste bien à la lecture de la description qui va suivre, laquelle expose, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, en liaison avec le dessin annexé. Dans ce dessin:

la fig. 1 illustre, par une vue en perspective, la conception générale d'une machine automatique de placement du genre en question, telle qu'on peut la voir par exemple dans le catalogue de la maison Isméca précédemment mentionnée,

la fig. 2 est une vue partielle en perspective, que l'on peut également tirer du catalogue susmentionné, et qui montre l'extrémité inférieure d'une tête de placement munie de chiens de centrage,

les fig. 3a et 3b représentent, relativement depuis devant et depuis le côté, la tête de placement pour la machine proposée par l'invention, réalisée conformément à la conception inventive proposée,

les fig. 4a, 4b et 4c illustrent, respectivement en perspective, en vue de face et en coupe, un dispositif de pivotement de levier, sélecteur de la nature impérative ou non impérative d'une liaison cinématique, utilisé dans la tête de placement conforme à l'invention,

la fig. 5 illustre schématiquement la position des chiens de centrage pouvant être munis d'extenseurs d'envergure de centrage amovibles, et la fig. 6 est une illustration en perspective montrant comment les extenseurs de chiens de centrage sont arrimables aux chiens de centrage.

La fig. 1 représente la disposition générale d'une machine automatique de placement du type ISMECA-PLACER telle qu'elle est actuellement commercialisée, la disposition générale étant la même pour la machine selon l'art antérieur et pour la machine proposée par l'invention. Cette machine 1 comprend, sur un ensemble de pièces de bâti 2, des blocs de positionnement tridimensionnel 3, 4 et 5 déplaçables. comme le montrent les flèches A, B, C, dans les trois directions. Le bloc 5 porte une tête de placement 6 agencée pour placer des composants de circuit sur un substrat de circuit hybride 7. Ce substrat est disposé sur des moyens-supports constitués par deux rails 8 qui peuvent être plus ou moins écartés pour s'adapter à la largeur du substrat 7. Des pinces 9 tiennent fermement le substrat 7, amené sur les rails-supports 8 comme le montre la flèche D.

Juste à côté des rails-supports 8, la machine comprend des dispositifs d'alimentation en composants 10. A la figure, les dispositifs d'alimentation 10 sont représentés comme étant des coulisses vibrantes, mais il est bien connu — et c'est le cas de la machine ISMECA-PLACER actuellement commercialisée — que différents types de dispositif d'alimentation en substrat peuvent fonctionner parallèlement, le type d'alimentation le plus souvent utilisé étant celui des bandes de composant, alors que le type d'alimentation à magasin de stockage est également utilisé, principalement pour les composants de grandes dimensions. Les différents moyens d'alimentation en composants coexistent l'un à côté de l'autre, aboutissant chacun à un emplacement d'alimentation en composants 11. Une vingtaine d'emplacements d'alimentation peuvent chacun recevoir des composants, des moyens connus prêorientent les composants pour qu'ils se présentent sur l'emplacement d'alimentation 11 avec une orientation approximative prédéterminée, qui pourra encore être rectifiée durant le transfert par la tête 6. Cette dernière comprend une pipette plongeante 12 dont l'extrémité inférieure est formée d'un embout 13. Lorsque, la tête 6 ayant été adéquatement positionnée, la pipette 12 plonge de façon que son embout 13 vienne sur un emplacement d'alimentation 11, une dépression d'air est appliquée à travers la pipette et l'embout, par laquelle le composant est saisi par la pipette. A la fig. 1, les différents moyens de commande, dépression d'air, moteurs, ou commandes pneumatiques, ne sont pas représentés. La pipette 12, avec son embout 13, se rétracte ensuite dans la tête 6, laquelle est déplacée, par les moyens de positionnement séquentiels 3, 4 et 5, jusqu'au-dessus du substrat 7. Durant ce transfert, le composant est encore réorienté par rotation de la pipette, afin de se présenter correctement sur le substrat 7. De préférence, la tête comprend des chiens de centrage qui, avant la modification d'orientation du composant, recentrent celui-ci et rectifient si nécessaire son orientation initiale. Les moyens de rotation et de recentrage ne sont pas représentés à la fig. 1. Arrivée au-dessus du substrat 7, la pipette 12, 13 effectue une nouvelle plongée, de façon à placer le composant, puis la dépression dans la pipette est coupée (pour les composants très légers, elle est même remplacée parfois par une surpression) de sorte que le composant reste en place lorsque la pipette se rétracte à nouveau.

On ne s'étendra pas sur la constitution de cet agencement connu, la fig. 1 n'étant qu'une illustration de la situation d'ensemble.

Au cours d'un cycle, la pipette effectue un certain nombre de plongées, pour prendre différents composants respectivement dans différents emplacements d'alimentation 11, puis elle les place adéquatement sur le substrat 7. Selon la forme des composants, l'embout de préhension 13 doit avoir une forme d'extrémité particulière, et c'est la raison pour laquelle des embouts interchangeables 13a sont à disposition, sur un support d'embout 14 fixé au bâti. Le changement d'embout, en cours de cycle, se fait par une plongée similaire à celle qui effectue la prise ou le placement d'un composant; en fait le support d'embout 14 comprend des moyens télécommandés de verrouillage et de déverrouillage des embouts 13a, qui fonctionnent sélectivement pour faciliter le déchargement et le changement des embouts.

La fig. 2 représente en perspective le bas de la tête de placement 6, avec la pipette 12 et son embout 13 en position rétractée, c'est-à-dire hors de plongée. Cette fig. 2 illustre le cas où l'on prévoit quatre chiens de centrage 15 autour de la pipette 12 et de l'embout 13. Ces chiens 15 sont normalement écartés l'un de l'autre, comme le montre la fig. 2. Au moment où la pipette, revenue d'une plongée de prise de composant, transfère ce composant, ses quatre chiens se resserrent, à la manière de doigts, par paires, c'est-à-dire que les mouvements de deux chiens diamétralement opposés sont toujours conjugués, de façon que ces deux chiens tendraient à se retrouver au centre. Le resserrement des paires de chiens est élastique, mais le couplage au sein d'une paire de chiens est rigide. Cela permet de recentrer des composants cylindriques, carrés, rectangulaires, etc. Pour la plongée de placement de composant, les chiens 15 sont naturellement à nouveau écartés loin l'un de l'autre.

Les fig. 1 et 2 situent l'objet de l'invention sans représenter encore ses particularités spécifiques. La fig. 3 (3a, 3b) représente une tête de placement automatique de composant 20 réalisée conformément à l'invention. (On note que la fig. 3b admet que la plus grande partie des organes mobiles et organes de commande ont été démontés, à l'exception des organes qui conditionnent l'élasticité de la plongée de la pipette.)

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Cette tête de placement est montée dans un corps 21, de forme extérieure approximativement parallélipipédique, et qui est, à l'utilisation, montée à, dans, ou contre le bloc 5 de la fig. 1, sujet aux différents mouvements de positionnement séquentiels.

Un certain nombre de pièces de châssis ou de montage sont fixées d'une façon directe ou indirecte au corps de tête 21. La forme de ces montants ou pièces de montage se comprend bien en considérant conjointement les fig. 3a et 3b. C'est ainsi que les supports de forme 22,22a et 23 servent au montage des points de pivotement de leviers qu'on considérera plus loin. Par ailleurs, les éléments de montage 24-29 servent au montage d'un moteur et des organes y relatifs pour commander la pression d'un ressort d'échappement 68, considéré plus loin. Les pièces 31 et 32 servent au montage de l'assemblage d'un moteur 36, d'un démultiplicateur 37 et d'un compte-tours tachygraphique 38 servant à mouvoir la tête en rotation, par l'intermédiaire d'une courroie cannelée 39 agissant sur une poulie adéquate 40. Les pièces fixes 30 servent par-ailleurs au montage d'un moteur électrique de commande de chiens 41.

La fig. 3a montre en 33 la partie rotative axialement non dépla-çable de la tête de placement. Cette partie rotative 33 est montée de façon rotative dans le corps 21, et elle porte la poulie 40, entraînée pour modifier l'orientation du composant, comme cela sera considéré. Une pipette 34, dessinée à la fig. 3a comme débarrassée de l'embout qu'elle doit porter en fonctionnement, est montée à l'intérieur du corps rotatif 33, de façon axialement coulissante. Autour de la pipette 34, on voit des chiens de centrage 35, que l'on considérera plus en détail en liaison avec les fig. 5 et 6.

Une pièce tubulaire coulissante 48 entre dans le corps rotatif 33 par le haut, c'est-à-dire le flanc de la poulie 40, et elle comprend, à l'intérieur du corps rotatif 33, des moyens à cames et à ressorts qui provoquent l'écartement des chiens 35, d'une façon facile à imaginer. Pour commander les chiens 35, la pièce 48 doit se déplacer axialement et, pour cela, elle porte une roue à gorge 47 entraînée par l'extrémité 46 d'un levier d'entraînement 44. A son tour, la pipette 34, dont l'extrémité supérieure tubulaire est dessinée en 58, traverse la pièce tubulaire 48. Pour effectuer ses mouvements de plongée (d'une amplitude d'approximativement 20 mm), elle porte à son extrémité supérieure une roue à gorge 57 actionnée par l'extrémité 56 d'un levier d'entraînement 54. La pipette 34, 57, 58, n'est pas rotative par rapport à la pièce tubulaire 47,48, laquelle n'est elle-même pas rotative par rapport au corps rotatif de tête 33. Lorsque la courroie 39 entraîne la poulie 40, c'est l'ensemble de ces trois mobiles qui tourne solidairement, leurs mouvements relatifs sont axiaux seulement.

Avant la plongée de la pipette 34, la pièce 47, 48 doit se mouvoir pour écarter les chiens 35, puis la pipette est abaissée. Lorsqu'elle est en position de plongée maximale, des moyens non représentés introduisent la dépression dans l'espace intérieur tubulaire de la pipette, de façon que l'embout (non représenté à la fig. 3) saisisse un composant. Ensuite, la pipette remonte pour gagner sa position rétractée, et c'est seulement alors que les chiens 35 entrent en action, par le fait que la pièce tubulaire 47,48 remonte, les chiens agissant alors par paires diamétralement opposées sous l'effet de leurs propres ressorts (non représentés).

Les deux mouvements axiaux de la pipette 34, 57, 58 et de la pièce tubulaire 47, 48 sont commandés par l'intermédiaire de leviers, respectivement 54 et 44, que des moteurs électriques, respectivement 51 et 41, actionnent par l'intermédiaire de bielles, respectivement 52 et 42, et d'articulations respectivement 53 et 43. A la fig. 3a, on a représenté en traits mixtes, en 53a et 43a, les articulations dans l'autre position extrême des bielles, les deux positions des bielles étant arrêtées, par effet de cran, sur les moteurs 41 et 51. A la fig. 3ä, on voit, sur ces moteurs, quatre blocs, respectivement C41B, C41H, C51B et C51H. Il s'agit d'organes à la fois mécaniques et électriques qui jouent le double rôle d'arrêter le rotor du moteur dans les positions extrêmes des bielles, et de fournir un signal électrique de contrôle de mouvement complet (demi-tour) du rotor du moteur.

Le levier 44, de commande d'écartement des chiens, commandé par le moteur 41, pivote à l'endroit de l'axe fixe 45. Le levier 54, de commande de plongée de la pipette, commandé par le moteur 51, pivote dans le dispositif spécial de pivotement 55, qu'on considérera de plus près en liaison avec la fig. 4. On note d'emblée que la commande des mobiles rotatifs, et en particulier de la pipette plongeante, par un dispositif à moteur électrique et bielles, apporte déjà une amélioration notable concernant l'effet néfaste d'inertie, en comparaison avec une commande pneumatique. En effet, l'évolution du mouvement d'une telle commande par moteur faisant un demi-tour et actionnant une bielle correspond à peu de chose près à une évolution sinusoïdale, donc exempte d'accélération brutale en début de course et de décélération brutale en fin de course.

L'agencement du pivot 55, solidaire du levier 54 de commande de plongée de la pipette, coopérant avec les rondelles d'échappement 60, assure à la commande de la pipette des caractéristiques toutes particulières qui seront maintenant décrites en considérant également la fig. 4 (4a, 4b, 4c).

Lorsque le moteur 51 effectue un demi-tour, menant l'extrémité de la bielle de l'endroit C51B à l'endroit C51H, il est clair que l'articulation 53 effectue un mouvement impératif, le couple mécanique du moteur est admis tel que la bielle ne peut pas être retenue. Tant que le pivot 55 est tenu de se maintenir sur le même axe, il est clair que le mouvement de l'extrémité 56 du levier 54 sera également impératif, et que le mouvement descendant correspondant de la pipette sera également impératif.

Toutefois, le pivot 55 présente, à ses extrémités de pivotement dans les rondelles fixes 60, une section droite 71 qui résulte d'une entaille 72 effectuée dans sa surface cylindrique 73. D'autre part, chacune des deux rondelles fixes 60 comprend une ouverture ou dégagement 61 sur un certain secteur, comme cela est bien visible à la fig. 4b. Tant que la section 71 du pivot occupe la position représentée hachurée à la fig. 4b, le pivot 55 est tenu dans les rondelles 60. Toutefois, lorsque le levier 54, et avec lui le pivot 55, tourne dans la direction qui commande une plongée de la pipette, la section 71 tourne également et vient à prendre la position montrée en 71a à la fig. 4b. A partir de ce moment, le pivot devient libre de s'échapper perpendiculairement à son axe, et il peut notamment prendre la position représentée en 71b. Cela signifie que, dès le passage de l'arête du pivot contre l'arête de la rondelle (71a), une élévation de l'articulation 53 ne se traduit plus forcément par un abaissement de l'extrémité 56 du levier 54, mais peut également se traduire par une montée du pivot 55. Les positionnements latéraux ne sont pas critiques.

Revenant à la fig. 3b, on voit que l'extrémité inférieure d'une tige d'appui 65 est pressée contre la surface médiane extérieure 76 du pivot 55, de sorte que ce dernier tend à rester le plus bas possible dans la fenêtre 61 des rondelles 60. Une rondelle ou goupille 69 arrête le bas du ressort 68 par rapport à la tige 65, le haut de ce ressort 68 étant maintenu par des rondelles 66. La tige 65 exerce donc une force qui contrecarre l'échappement du pivot 55, force qui provient du ressort 68 et qui peut être ajustée par la position des rondelles 68 sur la tige 65.

L'agencement particulier 55, 60 est configuré de façon que la plus grande partie de la course de plongée de la pipette 34, 57, 58 intervienne impérativement, et que la possibilité d'échappement élastique, contre l'action du ressort 68, se présente seulement à proximité de la fin de la course de plongée. Cela présente l'avantage d'avoir un mouvement de plongée de pipette inélastique sur près de toute sa longueur, c'est-à-dire ne subissant pas les effets néfastes des masses d'inertie, tout en ayant malgré tout une certaine élasticité au moment où la pipette dépose ou va déposer le composant sur le substrat.

On note que cette plongée en deux phases, la première impérative (ou inélastique) et la seconde avec possibilité d'échappement élastique, est une particularité principale de la conception proposée. D'autre part, sa réalisation à l'aide de l'agencement 55, 60 est avantageuse mais n'exclut pas l'emploi d'autres moyens (par exemple à cames) pour réaliser l'objet principal de l'invention.

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Si le substrat (tel que le substrat 7 de la fig. 1) présente une certaine élasticité, et si le composant venait buter contre le substrat avant que l'échappement puisse intervenir, alors le substrat fléchirait élastiquement, puis, lorsque le point critique serait passé, il repousserait le composant et la pipette vers le haut, faisant sauter le pivot 55 de la position 71a à la position 71b. Ensuite, lors de la remontée de la pipette, les mouvements inverses devraient avoir lieu. L'expérience a toutefois montré que l'inclinaison de la surface 74 (fig. 4b) de l'ouverture de la rondelle 60 joue un rôle important. Dans un modèle d'essai où cette paroi était pratiquement radiale, le pivot en position 71b butait contre cette paroi et rien ne le ramenait à la position 71a. Il se produisait alors des interférences qui détérioraient le dispositif. On a constaté par contre qu'en donnant à la surface de flanc 74 une certaine inclinaison par rapport à la direction radiale, on éviterait l'inconvénient précédemment mentionné.

Les fig. 3a, 3b, 4a, 4b et 4c permettent de bien comprendre comment ce dispositif est établi. On voit que la rondelle 60 est munie d'une portion cylindrique 77, pour pouvoir être logée plus adéquatement dans la portion de bâti 23. Cette dernière comprend une ouverture centrale circulaire, prolongée d'une fraisure 79. Dans les rondelles 60, on remarque que la fraisure 61 traverse la partie cylindrique 77 mais ne va pas jusqu'au bord extérieur de la rondelle, ce qui permet d'assurer la ténacité et la rigidité mécanique des rondelles 60.

On voit que les rondelles comprennent deux ouvertures 78 permettant une fixation contre la partie de bâti 23 ; un méplat 60a est pratiqué sur les rondelles 60 pour faciliter le repérage de positionnement lors du montage.

Revenant aux fig. 3a et 3b, on va considérer les moyens pour commander la force du ressort 68. Il y a lieu de noter que la tige 65 est filetée, au moins sur sa portion supérieure. Un moteur électrique 62 entraîne un pignon 63 d'un diamètre respectable, lequel engrène avec un pignon 64, comportant un filetage intérieur central et qui tourne sur la tige 65 en se vissant sur elle. L'engrenage du pignon 63 est relativement long, de sorte que le déplacement axial du pignon 64 ne gêne pas sa commande. En alimentant le moteur 62 pour le faire tourner dans un sens, on obtient que le pignon 64 se visse sur la tige 65, ce qui l'amène à descendre et à comprimer le ressort 68. En alimentant le moteur 62 pour qu'il tourne dans l'autre sens on obtient l'effet inverse, la précontrainte du ressort 68 diminue.

On note que, dans une forme d'exécution standard, on peut supprimer le moteur 62 et prévoir un actionnement manuel du pignon 64.

Le pignon 64 agit contre le ressort 68 par l'intermédiaire de deux entretoises 66 entre lesquelles se trouve intercalée une plaque de repère 67. Elle présente une forme de doigt dont l'extrémité est guidée dans une encoche verticale 70 de la pièce de bâti 26. Comme cela est montré en traits mixtes à la fig. 3, des capteurs de présence ou de position Cl, C2, C3 peuvent facilement être montés contre la pièce de bâti 29, qui comporte avantageusement des fentes verticales à cet effet. Comme toute la machine est commandée par une unité de commande électronique computérisée, les signaux des capteurs Cl, C2 et C3 peuvent, sélectivement, commander la durée et la polarité de l'alimentation du moteur 62, de sorte qu'il est très facile d'obtenir, rapidement, une modification de la force d'échappement élastique de la fin de la plongée de la pipette. Des essais ont montré que l'on pouvait aisément réaliser trois gradins, l'un se situant dans l'ordre de quelques grammes, l'autre dans l'ordre d'une vingtaine de grammes et le plus élevé dans l'ordre d'approximativement 80 grammes.

La plupart du temps, c'est au moment où la machine, au cours de son cycle, doit passer de la situation où elle place de petits composants à la situation où elle doit placer de grands composants que la force d'échappement élastique doit être modifiée. A ce point-là du cycle, on doit le plus souvent changer d'embout (comme dans les machines connues) et l'on peut également devoir monter des extenseurs d'envergure de chiens de centrage, comme on le verra plus loin. On dispose donc, au cours du cycle, d'un intervalle de temps légèrement augmenté entre deux placements successifs de composants, et la sélection d'un autre gradin de force, par les moyens susmentionnés, se fait sans perte de temps.

On a parlé, en liaison avec la fig. 1, des changements d'embout qui intervenaient souvent au cours du cycle de placement. Avec s l'agencement de commande de plongée de pipette en deux phases, l'une impérative et l'autre retenable, selon la conception proposée, on dispose d'une notable portion de course où la question de la résistance ne se pose pas. Pour engager un nouvel embout, on établira, à l'aide du bloc 5 (fig. 1) des moyens de positionnement, une situalo tion de départ, avant plongée, de la tête telle que l'extrémité de la pipette sera entièrement engagée dans l'embout (voir fig. 5) avant l'atteinte ou au plus tard lors de l'atteinte du point de commutation d'élasticité (fig. 4b).

L'élasticité dont on bénéficie en fin de plongée pour placer les 15 composants sur le substrat ne sera donc pas gênante pour le changement d'embout. Le support d'embout 14 (fig. 1) comportait des moyens de verrouillage/déverrouillage des embouts. En principe, lorsque les embouts sont verrouillés, la remontée de la pipette laisse l'embout sur le support, tandis que lorsque les embouts sont déver-20 rouillés la remontée de la pipette emporte l'embout. On comprend aisément comment deux plongées successives permettent de changer d'embout en jouant sur leur verrouillage/déverrouillage dans le support 14.

A la fig. 5, qui représente, partiellement en coupe, l'agencement 25 du bas de la pipette 34, d'un embout 81, et de deux chiens 80, on voit comment l'embout est engagé dans la pipette. Cet embout 81 comprend une collerette 85 qui vient en appui contre l'extrémité inférieure de la pipette. La pipette est naturellement traversée par un perçage central 82, pour l'application de la dépression d'aspiration; 30 on voit qu'elle comprend, à l'extrémité supérieure de son corps cylindrique, une portion conique 83 qui facilite son engagement dans la pipette. Légèrement en dessous, elle comprend une gorge 84 destinée à recevoir un anneau élastique (non représenté) qui assure la force de maintien de l'embout dans la pipette.

35 A la fig. 5, on voit que les chiens 80 n'ont pas exactement la même forme que les chiens 35 de la fig. 3a. Ces chiens de centrage 80 sont à deux niveaux. Avec un embout relativement court, tel que l'embout 81, ils sont aptes à recentrer un petit composant aspiré sous l'embout 81, les surfaces de recentrage étant alors les surfaces 40 87 d'une projection 86 que les chiens présentent du côté intérieur. Ces surfaces 87 servent à recentrer des petits éléments jusqu'à une dimension d'approximativement 16 mm. Par contre, pour recentrer des éléments plus grands, d'une dimension allant typiquement de 12 à 28 mm, on utilise un embout plus long, qui descend jusqu'entre les 45 protubérances 86, et ce sont alors les surfaces intérieures les plus basses, c'est-à-dire les surfaces 88, qui servent à recentrer le composant. Lorsque l'on utilise un embout plus long, le bloc 5 (fig. 1) établit adéquatement à un niveau légèrement plus élevé la position de départ de plongée de la pipette, de façon que l'extrémité de l'embout 50 arrive juste au niveau voulu, c'est-à-dire au niveau de l'emplacement d'alimentation ou du substrat, surélevé de l'épaisseur du composant.

L'agencement comprenant uniquement les chiens de centrage 80 permet de recentrer des composants jusqu'à approximativement 28 mm. Comme le suggère la partie droite de la fig. 5, on peut 55 étendre ce système de gradins pour les chiens de recentrage. Toutefois, cela ne serait possible que moyennant une augmentation prohibitive de la longueur de la course de plongée et de l'encombrement. En effet, lorsqu'il s'agit de saisir ou déposer un petit élément, on a un petit embout comme l'embout 81, et, pour prendre ou déposer un 60 élément, il faut pouvoir l'amener au-delà de l'extrémité la plus basse des chiens, sinon cette extrémité fera interférence avec l'emplacement d'alimentation ou le substrat. Par exemple, si le dispositif de la partie droite de la fig. 5 était réalisé en une seule pièce, on aurait ainsi une course perdue de plongée d'environ 15 mm et la course de 65 plongée totale devrait être augmentée de 10 mm environ.

Pour éviter cet inconvénient, on a, dans la forme d'exécution proposée, élargi l'envergure des chiens de centrage à l'aide d'extenseurs 89. Ceux-ci ont la forme générale d'un Z, dont une aile plus

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longue 91 vient se placer derrière le chien 80. L'extenseur d'envergure 89 fournit ainsi des surfaces de centrage plus éloignées du centre 90 et 98. Avec la surface 90, on peut recentrer des composants du domaine d'approximativement 23 à 39 mm et, avec la surface 98, on recentre des composants de 35 à 52 mm environ. 5

Le montage et l'arrimage, de même que le démontage, des extenseurs 89 interviennent automatiquement au cours du cycle. L'extenseur est posé sur un emplacement support adéquat, de préférence en alignement avec les emplacements d'alimentation. L'extenseur repose sur sa surface inférieure 97, son aile inférieure 92 s'engageant io dans un creux approprié de l'emplacement support. Les moyens de verrouillage/déverrouillage de l'emplacement support (non représentés) peuvent par exemple agir sur la surface 99 tournée vers le haut. En principe, la pose et la dépose des extenseurs se font de la même manière que celles des embouts; toutefois, pour la pose et la dépose is des extenseurs, la pipette reste rétractée et ce sont les moyens de positionnement vertical 5 (fig. 1) qui travaillent.

A la fig. 6, on voit que l'aile 91 de l'extenseur présente une largeur moins grande que les autres parties, correspondant approximativement à celle du chien 80. Une encoche verticale 100 est creusée 2o dans cette aile 91. Juste derrière cette encoche se trouve un ressort-pince à lamelles 95, fixé sur la surface 99 de l'extenseur 89, et présentant une forme d'arrêtage élastique 96. De son côté, le chien 80 comprend, sur son dos, un téton cylindrique 93 et un téton en forme de champignon 94. On comprend bien qu'au montage et arrimage les 25 deux tétons 93 et 94 passent dans la fente verticale 100, le téton 93 passant encore dans le ressort-pince 95 et s'arrêtant dans l'élargissement d'arrêtage 96, tandis que la tête du téton 94 se glisse entre l'aile 91 et le ressort 95, retenant l'aile 91 adéquatement plaquée contre le chien 80. Pour enlever les extenseurs, les moyens de verrouillage non 30 représentés sont escamotés, la tête avec les chiens et les extenseurs descend jusqu'à ce que l'extenseur soit sur son support, puis les moyens de verrouillage entrent en action contre la surface 99 et les chiens remontent, abandonnant les extenseurs retenus par verrouillage. Pour la prise (montage et arrimage) automatique d'une paire 35 ou d'un quartet d'extenseurs, les mêmes opérations se présentent dans l'autre sens.

La partie droite de la fig. 5 montre en traits pointillés un extenseur 89 arrimé au dos d'un chien 80. On comprend bien qu'en fait on a soit une paire soit un quartet d'extenseurs, le principe du fonctionnement des chiens restant le même. On note qu'en principe tous les centrages se font au même niveau; par exemple, pour des composants rectangulaires, on pourrait prévoir deux paires d'extenseurs, une paire ayant ses surfaces 98 beaucoup plus proches du centre que-l'autre. La machine peut donc travailler sélectivement et avec changement automatique possible en cours de cycle, sans extenseur, ou avec un premier jeu d'extenseurs, ou avec un deuxième jeu d'extenseurs, etc. L'embout sélectionné doit correspondre au niveau auquel on veut faire travailler les chiens de centrage et/ou les extenseurs.

Il est bien clair que pour les changements d'extenseurs, la pipette est en position rétractée et la commande des chiens est en position ouverte, c'est-à-dire que l'extrémité de la bielle 52 occupe la position 53 représentée à la fig. 3a, tandis que l'extrémité de la bielle 42 occupe la position déplacée 43a représentée en traits mixtes à la fig. 3a. Dans cette situation, les chiens 80 s'étendent verticalement, c'est-à-dire parallèlement à l'axe de la tête et de la pipette, ce qui permet l'engagement des extenseurs tel que précédemment décrit.

Dans la forme d'exécution complète, comprenant l'agencement de changement automatique de force d'échappement 63-69, le dispositif de changement d'embout et le dispositif d'arrimage et d'enlèvement des extenseurs, selon les fig. 5 et 6, toutes ces fonctions intervenant en cours de cycle et automatiquement, on dispose d'un appareil hautement perfectionné permettant de placer des composants de toute dimension et toute nature. On peut naturellement envisager des formes d'exécution plus simples, dans lesquelles la force par exemple est réglable à la main et non automatiquement, de même que des formes d'exécution sans extenseur d'envergure de chiens de centrage, etc.

Dans une forme d'exécution de la machine, réalisable en option, les chiens de centrage de la tête de placement sont électriquement isolés du reste de la machine, et ils peuvent alors servir à mesurer des valeurs électriques (paramètres électriques) du composant, ou contrôler des particularités électriques de celui-ci.

R

4 feuilles dessins

Claims (17)

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1. Machine automatique de placement de composants sur des substrats, destinée notamment à la confection de circuits électroniques, comprenant:

— au moins un emplacement d'alimentation en composants,

— des moyens-supports de substrat,

— au moins une tête de placement et

— des moyens de positionnements séquentiels de ladite tête au-dessus des emplacements d'alimentation et des moyens-supports de substrats, ladite tête comprenant:

— une pipette plongeante qui a une extrémité inférieure de préhension de composant commandée et qui est apte à effectuer des plongées pour prélever d'un dit emplacement un composant, susceptible d'avoir différents formats, et pour le poser en place sur un substrat disposé sur lesdits moyens-supports, et

— des moyens de commande de ces plongées de la pipette, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande comprennent:

— des moyens d'entraînement pourvus d'un élément sélectivement mû en va-et-vient,

— des moyens de transmission pour la transmission sélectivement impérative et retenable des va-et-vient dudit élément à ladite pipette, comprenant:

— un dispositif de détermination sélective de transmission «impéra-tive/retenable» subordonné audit va-et-vient pour définir lesdites plongées en une première phase, de descente impérative de la pipette, et une seconde phase, de descente élastiquement conditionnée, de fin de plongée, de la pipette, et

— des moyens de détermination d'une force d'échappement élastique pour ladite seconde phase de plongée.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de transmission comprennent un levier à trois points pivotant sur un axe qui constitue l'un des trois points, un autre étant lié à l'élément mû en va-et-vient, et le dernier étant cinématiquement lié à un élément de menée axiale de la pipette, et en ce que ledit dispositif de détermination sélective est établi sur l'axe dudit levier et comprend une configuration de section entaillée sur moins de 180° d'un pivot logé dans un palier ouvert, ou fortement élargi, sur un certain secteur (fig. 4a + 4b), de façon que, selon la position angulaire relative du pivot et du palier, laquelle se modifie lorsque ledit levier pivote, le pivot se trouve impérativement centré dans le palier ou se trouve libre d'opérer un échappement perpendiculaire à son axe, l'échappement ainsi permis au premier point du levier rendant la transmission du deuxième point au troisième point non impérative, alors que le maintien centré impératif rend cette transmission impérative.

2

REVENDICATIONS

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3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit pivot est monté fixe dans ledit levier et présente une portion médiane de section ronde, ladite section entaillée étant établie aux extrémités du pivot, lesquelles sont engagées respectivement dans deux dits paliers, ouverts ou élargis sur un certain secteur, qui sont alignés axialement dans deux parois fixes entre lesquelles le levier pivote, lesdits moyens de détermination d'une force d'échappement élastique consistant en des moyens-ressorts qui agissent contre la partie médiane cylindrique du pivot, dans une direction qui tend à maintenir le pivot coaxial aux paliers, et dont l'effet de ressort fournit ladite force d'échappement.

4. Machine selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce que ledit palier ouvert présente, dans sa partie ouverte permettant ledit échappement, un flanc oblique (74) qui ramène irrésistiblement le pivot en position centrée coaxialement au palier, lorsque le levier pivote en retour pour mouvoir la pipette en retour de plongée.

5 disposition sur un support sélectivement verrouillant de la machine, caractérisée en ce que ladite tête et lesdits moyens de positionnement séquentiel de cette tête sont agencés pour opérer un changement d'embout par plongée de la pipette, les moyens de positionnement étant conditionnés pour placer la tête, avant la plongée de la pipette, io au-dessus du support d'embout à une distance telle que la pipette gagne durant ladite première phase une position abaissée où la pipette est engagée avec l'embout en même temps que l'embout est engagé dans le support.

5. Machine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit dispositif de détermination sélective de transmission est agencé ou configuré pour établir ladite première phase au début de ladite plongée et sur la majeure partie de celle-ci et pour établir ladite seconde phase au voisinage de la fin de la plongée.

6. Machine selon l'une des revendications 1 à 5 destinée à placer dans un même cycle des composants de différentes dimensions, dans laquelle ladite extrémité inférieure, de préhension, de la pipette est formée d'un embout amovible, un jeu d'embouts différents étant à

7. Machine selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en 15 ce que lesdits moyens d'entraînement comprennent un moteur électrique de plongée actionnant une bielle qui se meut en va-et-vient, les deux positions angulaires du moteur qui positionnent la bielle respectivement aux deux extrémités du va-et-vient étant arrêtées, par effet de cran, sur le moteur.

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8. Machine selon la revendication 1 ou la revendication 7, comprenant des chiens de centrage du composant tenu par la pipette, lesquels sont disposés pour agir quand la pipette est rétractée hors de plongée, caractérisée en ce que ladite tête comprend une pièce de coulissement axial pour commander lesdits chiens, laquelle pièce est 25 elle-même commandée depuis un moteur électrique de commande de chiens, qui actionne une bielle en va-et-vient, les deux positions angulaires de ce moteur qui positionnent la bielle respectivement aux deux extrémités du va-et-vient étant arrêtées, par effet de cran, sur le moteur.

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9. Machine selon la revendication 1, comprenant également des chiens de centrage du composant tenu par la pipette, lesquels sont disposés pour agir quand la pipette est rétractée hors de plongée, de façon à rectifier l'orientation primitive du composant avant que la tête soit commandée en rotation pour donner au composant l'orien-35 tation adéquate pour le placement sur le substrat, différents composants, dont certains de grandes dimensions, étant à prélever successivement dans différents dits emplacements d'alimentation, au cours d'un même cycle, pour être placés sur un même substrat, caractérisée en ce que des extenseurs d'envergure de chiens sont disponibles sur la machine, en un emplacement support d'extenseurs de chiens sélectivement verrouillant, les chiens et les extenseurs de chiens étant conformés pour permettre, sélectivement, en cours de cycle, l'adjonction et l'enlèvement d'un extenseur d'envergure sur chaque dit chien, respectivement, par l'action desdits moyens de positionnement séquentiel et alors que la pipette est rétractée, hors de plongée.

10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que lesdits extenseurs d'envergure de chiens sont en forme générale de Z et sont arrimables contre le dos des chiens de façon qu'une aile du Z

50 se projette plus loin que les chiens et forme une épaule de centrage pour les composants de plus grandes dimensions, l'arrimage des extenseurs au dos des chiens étant à tétons-coulisses, avec au moins un dispositif élastique d'arrêtage.

11. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en 55 ce que lesdits moyens de détermination de force sont réglables ou ajustables quant à la force qu'ils établissent à l'encontre de l'échappement.

12. Machine selon la revendication 11, destinée au placement, en un cycle, sur un même substrat, de composants ayant des dimen-

60 sions et constitution différentes, prélevés en différents emplacements, caractérisée en ce que lesdits moyens de détermination de force comprennent un organe de commande d'augmentations et de diminutions de force agencé pour entrer en action automatiquement.

13. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce que

65 ledit organe de commande est un moteur électrique commandant un déplacement linéaire d'une pièce de charge de ressort, qui, sélectivement, comprime une extrémité d'un ressort dont l'autre extrémité fournit ladite force agissant à l'encontre de l'échappement.

14. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que des moyens sont établis pour prérégler différents gradins de ladite force par préréglage de différentes positions linéaires de ladite pièce de charge, indexées par des capteurs de présence.

15. Machine selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que ladite pipette est à préhension par dépression et aspiration d'air, et en ce que plusieurs dits emplacements d'alimentation en composants sont prévus pour des composants de dimensions diverses, amenés par divers moyens de délivrance comprenant les coulisses vibrantes, les bandes de composants, les magasins, etc., lesdits moyens de positionnements séquentiels étant agencés pour adapter le positionnement en hauteur de la tête à l'épaisseur du composant respectif à prélever et placer.

16. Tête de placement pour une machine du type énoncé à la revendication 1, comprenant une pipette de préhension par aspiration, qui est apte à effectuer des plongées, et des moyens de commande agencés pour commander ces plongées, caractérisée en ce qu'elle comprend:

— des moyens d'entraînement en va-et-vient,

— des moyens pour la transmission, sélectivement impérative et re-tenable, de ce va-et-vient à ladite pipette, comprenant:

— un dispositif de détermination sélective de transmission «impéra-tive/retenable» subordonné audit va-et-vient pour définir lesdites plongées en une première phase, de descente impérative de la pipette, et une seconde phase, de descente élastiquement conditionnée, de fin de plongée, de la pipette, et

— des moyens de détermination d'une force d'échappement élastique pour ladite seconde phase de plongée.

17. Tête de placement selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'elle présente en outre les caractères énoncés dans au moins une des revendications 2, 3, 4, 5, 7, 8r 11,12, 13 et 14.