DE10017000C2 - Funktionseinheit aus einer Basisvorrichtung und wenigstens einer damit verbindbaren Zusatzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Funktionseinheit gemäß dem Ober­ begriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Funktionseinheit kann beispielsweise bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten mit elektrischen Bauelementen aus dem Grundmodul eines Bestückautomaten als der Basisvorrichtung und wenigstens einem Bauelementwagen be­ stehen, wobei in der Regel dem Grundmodul mehrere Bauelement­ wagen zugeordnet sind. Zur Aufnahme der Bauelementwagen be­ sitzt das Grundmodul eine entsprechende Anzahl von Bauele­ ment-Abholkorridoren, in die die Bauelementwagen eingefahren werden können, wobei sie in X- und Y-Richtung grob zentriert werden.

Die vorbereiteten Leiterplatten werden durch das Grundmodul des Bestückautomaten geführt und während ihrer Verweilzeit im Grundmodul in der vorgesehenen Konfiguration mit Bauelementen bestückt, die einem entsprechenden Vorrat unterschiedlicher Bauelemente auf dem bzw. den Bauelementwagen entnommen und genau positioniert auf die Leiterplatte überführt werden. Vor der Inbetriebnahme der Funktionseinheit müssen elektrische und pneumatische Leitungsverbindugen zwischen dem Grundmodul und dem Bauelementwagen hergestellt werden, wie z. B. aus der JP 11-307994 A bekannt. Dies geschieht bisher durch manuelles Anstecken der Verbindungsleitungen.

Diese kostengünstige Konstruktion weist den Nachteil auf, daß die Funktionseinheit nach der Herstellung der Leitungsverbin­ dungen in Betrieb genommen kann, auch wenn sich ein Bauele­ mentwagen nicht in seiner vorgesehenen Endposition befindet und z. B. mit angesteckten Leitungen noch neben dem Grundmo­ dul steht. Dies ist unzulässig. Vorgeschrieben ist der Be­ trieb mit allen Bauelementwagen in ihrer Endposition inner­ halb der zugeordneten Abholkorridore.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unvorschrifts­ mäßige Inbetriebnahme der Funktionseinheit durch eine einfa­ che Konstruktion mit sicherer Betriebsweise und vertretbarem Aufwand auszuschließen, wenn sich eine Zusatzvorrichtung nicht in ihrer den ordnungsgemäßen Betriebsablauf gewährlei­ stenden Endposition relativ zur Basisvorrichtung befindet. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen definiert.

Dadurch wird sichergestellt, daß die Steckverbindungen erst dann und immer dann geschlossen werden, wenn sich die Basis­ vorrichtung und jede ihr zugeordnete Zusatzvorrichtung in der vorgeschriebenen Endposition zueinander befinden. Zugleich findet eine exakte Ausrichtung jeder Zusatzvorrichtung rela­ tiv zur Basisvorrichtung in X- und Y-Richtung statt. Da je­ weils ein Teil der Steckverbindungen, d. h. das zweite Posi­ tionierungs- und Kupplungsorgan kardanisch aufgehängt ist, können zugehörige Steckerteile immer exakt in paralleler Aus­ richtung zueinander gebracht werden, so daß die einander zu­ geordneten Steckerteile der Steckverbindungen problemlos in Z-Richtung miteinander in Eingriff bringbar sind und auch in dieser Eingriffsstellung festgehalten werden. Da die manuelle Herstellung der Steckverbindungen und damit der händische Eingriff in den Bereich zwischen Basisvorrichtung und Zusatz­ vorrichtung entfällt, hat die Erfindung - insbesondere bei ihrer bevorzugten Anwendung gemäß Anspruch 2 - zugleich eine deutliche Verbesserung des Personenschutzes zur Folge.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ist geeignet, auf besonders einfache Weise Winkelabweichungen zwischen dem U-förmigen Formstück und der Stempelplatte zu korrigieren, bevor die Steckerteile in Eingriff gelangen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Grund­ modul eines Bestückungsautomaten für Leiterplatten mit vier Bauelement-Abholkorridoren, wobei ein Bau­ elementwagen sich in seiner Endstellung innerhalb des ihm zugeordneten Abholkorridors befindet;

Fig. 2 zeigt die gegenseitige Zuordnung der am Bestüc­ kungsautomaten und am Bauelementwagen angeordneten Positionierungs- und Kupplungsorgane nach der Über­ führung des Bauelementwagens in seine Endposition, jedoch vor Aktivierung der Vorschubeinheit; und

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Lagerung des am Bau­ elementwagen angeordneten Positionierungs- und Kupplungsorgans.

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein schematisch durch seine Umrisse dargestelltes Grundmodul eines Bestückungsautomaten, der in eine Fertigungslinie für die Bestückung von Leiterplatten einbezogen ist. Die für die Bestückung der Leiterplatten er­ forderlichen Bauelemente werden variabel je nach dem Bedarf der zu fertigenden Leiterplatten auf Bauelementwagen 2 be­ reitgehalten, zu deren Positionierung das Grundmodul mit Bau­ element-Abholkorridoren 3 versehen ist. Beim gezeigten Bei­ spiel ist das Grundmodul mit vier Bauelement-Abholkorridoren 3 versehen, wobei in einem dieser Bauelement-Abholkorridore 3 ein Bauelementwagen 2 bis in seine Endposition eingeschoben ist, in welcher er nach Herstellung elektrischer und pneuma­ tischer Leitungsverbindungen zwischen Grundmodul 1 und Bau­ elementwagen 2 betriebsbereit ist. Die Fertigungslinie bzw. der Bestückungsautomat darf erst in Betrieb gesetzt werden, wenn sich in allen Bauelement-Abholkorridoren 3 die vorgese­ henen Bauelementwagen 2 betriebsbereit angeschlossen in ihrer Endposition befinden.

Die Bauelement-Abholkorridore 3 besitzen mit den Bauelement­ wagen 2 zusammenwirkende, seitliche, vertikale Führungsflä­ chen 4, durch welche die auf dem Boden verfahrbaren Bauele­ mentwagen 2 in zwei horizontalen Koordinatenrichtungen X und Y grob zentriert werden. Hat der Bauelementwagen 2 in der Einschubrichtung X seine Endposition erreicht, betätigt er eine am Grundmodul 1 angeordnete, nur schematisch darge­ stellte Auslöseeinrichtung 5 in Form eines Schnappschalters (Tiefenanschlag) und öffnet damit ein Druckluftventil 6, wo­ durch ein als Vorschubeinheit dienender, nicht dargestellter Zylinder mit Druckluft beaufschlagt wird.

Der Zylinder preßt über einen Kolben ein im oberen Teil der Fig. 2 dargestelltes, insgesamt mit 8 bezeichnetes, am Grundmodul 1 angeordnetes, erstes Positionierungs- und Kupp­ lungsorgan in einer dritten Koordinatenrichtung Z senkrecht nach unten. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß sich dieses erste Positionierungs- und Kupplungsorgan 8 im Bereich des Bauelement-Abholkorridors 3 und dort auf einem solchen Niveau befindet, daß es sich einerseits unterhalb des für die Bevorratung und die Überführung der Bauelemente vom Bauele­ mentwagen 2 in den Bereich des Grundmoduls 1 dienenden Funk­ tionsbereichs des Bauelementwagens 2 und andererseits ober­ halb eines am Bauelementwagen 2 angeordneten, zweiten Posi­ tionierungs- und Kupplungsorgans 9 befindet, welches seiner­ seits am Bauelementwagen 2 in Bodennähe (ca. 10 bis 20 cm über dem Boden) mittels einer kardanischen Aufhängung 18 (Fig. 3) montiert ist.

Das erste Positionierungs- und Kupplungsorgan 8 besteht aus einem in der dritten Koordinatenrichtung Z beweglich am Grundmodul 1 geführten Stempelschaft 10, der von einer sich rechtwinklig zur dritten Koordinatenrichtung Z erstreckenden, rechteckigen Stempelplatte 11 gequert wird und sich unterhalb dieser Stempelplatte 11 in einem als Rotationskörper ausge­ bildeten Führungszapfen 12 fortsetzt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß eine Mittelachse A des Stempelschafts 10 und des Führungszapfens 12 durch das Zentrum der Stempel­ platte 1 verläuft. Mit einem später noch näher erläuterten, geringen Abstand von der Stempelplatte 11 ragen unterhalb der Stempelplatte 11 nach beiden Seiten über die Längsseiten der Stempelplatte 11 und rechtwinklig zu diesen Längsseiten 11 zwei Profilierungen in Form von als Durchführungselemente dienende Führungsbolzen 13 hervor.

Dem derart gestalteten ersten Positionierungs- und Kupp­ lungsorgan 8 ist am Bauelementwagen 2 das zweite Positionie­ rungs- und Kupplungsorgan 9 zum Eingriff unter der Wirkung des Zylinders zugeordnet. Es besteht aus einem U-förmig abge­ kanteten Blechteil 14 mit einem rechteckigen, im Grundriß der Stempelplatte 11 angepaßten Boden 15, an dessen beiden Längs­ seiten sich parallel zur dritten Koordinatenrichtung Z zwei Seitenwangen 16 nach oben erstrecken. Das Zentrum des Bodens 15 weist eine Öffnung 17 für den Durchtritt des Führungszap­ fens 12 auf. Unterhalb dieser Öffnung 17 und konzentrisch in Bezug auf diese Öffnung 17 ist eine hülsenförmige Aufnahme 19 für den Führungszapfen 12 vorgesehen. Das Blechteil 14 ist mittels einer kardanischen Aufhängung 18 (Fig. 3) mit dem Bauelementwagen 2 verbunden, so daß das Blechteil 14 mit der Aufnahme 19 wie eine Taumelscheibe relativ zu dem Bauelement­ wagen 2 beweglich ist.

Die Seitenwangen 16 sind in ihrer Längsmitte jeweils mit ei­ ner Profilierung in Form eines als Durchführungselement die­ nenden, nach oben offenen Einschnitts 20 versehen, der einen sich nach oben beiderseits erweiternden Einlaufabschnitt 21 aufweist, an den sich nach unten ein Endabschnitt 22 mit gleichbleibender, dem Querschnitt der Führungsbolzen 13 spielfrei angepaßter Breite anschließt, wobei die Länge die­ ses Endabschnitts wenigstens der Einstecklänge entspricht, die zur wirksamen Verbindung der beiden Steckerteile jeder Steckverbindung für die zwischen dem Grundmodul 1 und dem Bauelementwagen 2 herzustellenden elektrischen und pneumati­ schen Leitungsverbindungen erforderlich ist.

Diese nicht dargestellten Steckerteile befinden sich dec­ kungsgleich verteilt an der Unterseite der Stempelplatte 11 und der ihr gegenüberliegenden Oberseite des Bodens 15.

Wenn der Bauelementwagen 2 bis zur Endposition in den ihm zu­ geordneten Bauelement-Abholkorridor 3 eingeschoben ist, ist er grob in der ersten Koordinatenrichtung X und der zweiten Koordinatenrichtung Y zentriert.

Wenn das erste Positionierungs- und Kupplungsorgan 8 dem zweiten Positionierungs- und Kupplungsorgan 9 angenähert wird, läuft zunächst der Führungszapfen 12 in die Aufnahme 19 ein und zwingt das kardanisch aufgehängte, U-förmige Blech­ teil 14 in die zur Stempelplatte 11 parallele Lage. Bevor die Stempelplatte 11 zwischen die beiden Seitenwangen 16 ein­ läuft, gelangen wegen des oben erwähnten Abstands zunächst die Führungsbolzen 13 in den Bereich der Einlaufabschnitte 21, so daß das Blechteil 14 in eine Position gedrückt bzw. gedreht wird, in der sich die Stempelplatte 11 und der Boden 15 exakt deckungsgleich gegenüberliegen. Diese Position wird dadurch gesichert, daß sich die Führungsbolzen 13 dann spiel­ frei in den Endabschnitten 22 der Einschnitte 20 befinden. Anschließend kann dann die Stempelplatte 11 problemlos zwi­ schen die Seitenwangen 16 eintauchen, wobei dabei die Stec­ kerteile exakt fluchtend zueinander ausgerichtet sind, so daß die Bewegung fortgesetzt werden kann, bis die Steckverbindun­ gen wirksam hergestellt sind. Durch das abgesenkte erste Po­ sitionierungs- und Kupplungsorgan 8 wird die Steckverbindung sicher aufrechterhalten, bis vor der Entfernung des Bauelementwagens 2 aus seinem Bauelement-Abholkorridor 3 das erste Positionierungs- und Kupplungsorgan 8 wieder angehoben wird und die Steckverbindung wieder gelöst wird.

Claims (9)

1. Funktionseinheit aus einer Basisvorrichtung (1) und wenig­ stens einer mit der Basisvorrichtung (1) zeitweilig lösbar verbindbaren Zusatzvorrichtung (2), wobei die Basisvorrich­ tung (1) und die Zusatzvorrichtung (2) einander zugeordnete elektrische und/oder pneumatische Steckverbindungen aufwei­ sen, und der Zusatzvorrichtung (2) an der Basisvorrichtung (1) ein Führungskorridor (3) zugeordnet ist, in den die Zu­ satzvorrichtung (2) in einer ersten Koordinatenrichtung (X) bis in eine Endposition unter gleichzeitiger grober Zentrie­ rung in einer zweiten, zur ersten Koordinatenrichtung (X) senkrechten Koordinatenrichtung (Y) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Basisvorrichtung (1) ein in einer dritten, zur ersten (X) und zur zweiten Koordinatenrichtung (Y) jeweils senkrechten Koordinatenrichtung (Z) bewegliches erstes Positionierungs- und Kupplungsorgan (8) vorgesehen ist,
daß an der Zusatzvorrichtung (2) über eine kardanische Auf­ hängung (18) ein dem ersten Positionierungs- und Kupplungsor­ gan (8) zum Eingriff in der dritten Koordinatenrichtung (Z) zugeordnetes zweites Positionierungs- und Kupplungsorgan (9) befestigt ist,
daß das der Zusatzvorrichtung (2) zugewandte Ende des ersten Positionierungs- und Kupplungsorgans (8) als Führungszapfen (12) in Form eines Rotationskörpers ausgebildet ist,
daß das zweite Positionierungs- und Kupplungsorgan (9) eine dem Führungszapfen (12) komplementär zugeordnete, sich in der dritten Koordinatenrichtung (Z) erstreckende Aufnahme (19) aufweist,
daß das erste (8) und das zweite (9) Positionierungs- und Kupplungsorgan mit radialem Abstand von der Mittelachse (A) des Führungszapfens (12) bzw. der ihm zugeordneten Aufnahme (19) einander zum Eingriff zugeordnete Drehführungselemente (13, 20) aufweisen,
und Kupplungsorgan (9) mit zweiten Steckertei­ len der Steckverbindungen derart versehen ist, daß die Stec­ kerteile in der dritten Koordinatenrichtung (Z) deckungs­ gleich ausgerichtet sind und aufeinandertreffen, wenn die Drehführungselemente (13, 20) in Eingriff gelangt sind.

2. Funktionseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisvorrichtung das Grundmodul (1) eines Bestückau­ tomaten für Leiterplatten und die Zusatzvorrichtung ein Bau­ elementwagen (2) ist.

3. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Positionierungs- und Kupplungsorgan (8) eine rechtwinklig zur dritten Koordinatenrichtung (Z) ausgerich­ tete Stempelplatte (11) trägt, von der aus sich der Füh­ rungszapfen (12) gegen das zweite Positionierungs- und Kupp­ lungsorgan (9) erstreckt,
daß das zweite Positionierungs- und Kupplungsorgan (9) ein zur Aufnahme der Stempelplatte (11) geeignetes, sich in Rich­ tung auf das erste Positionierungs- und Kupplungsorgan (8) öffnendes U-förmiges Formstück (14) aufweist, das in der Mit­ te seines zur Stempelplatte (11) im wesentlichen parallelen Bodens (15) eine Durchtrittsöffnung (17) für den Füh­ rungszapfen (12) aufweist,
daß unterhalb dieser Durchtrittsöffnung (17) die Aufnahme (19) vorgesehen ist,
und daß der Boden (15) über die kardanische Aufhängung (18) an der Zusatzvorrichtung (2) befestigt ist.

4. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Drehführungselemente (20) an einem (9) der bei­ den Positionierungs- und Kupplungsorgane einen in Richtung auf das andere Positionierungs- und Kupplungsorgan (8) offenen Einlaufabschnitt (21) aufweist, der im Bereich seiner Öffnung tangential zur Mittelachse (A) des Führungszapfens (12) eine bestimmte Breite besitzt, die mit zunehmender Ent­ fernung von der Öffnung stetig abnimmt, derart, daß der Ein­ laufabschnitt (21) in seinem von der Öffnung abgewandten Be­ reich einen parallel zur Mittelachse (A) verlaufenden, in seiner Länge der Eingriffslänge der Steckverbindungen ange­ paßten und einen spielfreien Eingriff des anderen Drehfüh­ rungselements (13) ermöglichenden Endabschnitt (22) aufweist.

5. Funktionseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das eine Drehführungselement durch in Seitenwangen (16) des U-förmigen Formstücks (14) jeweils sich in Richtung auf das erste Positionierungs- und Kupplungsorgan (8) öffnende Einschnitte (20) ausgebildet ist,
daß wenigstens einer der Einschnitte (20) den sich in Rich­ tung auf seine Öffnung beiderseits erweiternden Einlaufab­ schnitt (21) aufweist, der sich in Richtung auf den Boden (15) des Formstücks (14) in einem Endabschnitt (22) mit gleichbleibender Breite fortsetzt,
und daß am ersten Positionierungs- und Kupplungsorgan (8) mit einem wenigstens der Länge des Einlaufabschnitts (21) ent­ sprechenden Abstand von der dem zweiten Positionierungs- und Kupplungsorgan (9) zugewandten Seite der Stempelplatte (11) über die Längsseiten der Stempelplatte (11) hinausragende Führungsbolzen (13) angeordnet sind, deren Breite spielfrei der Breite des Endabschnitts (22) angepaßt ist.

6. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Steckerteile auf den einander zu­ gewandten Flächen der Stempelplatte (11) bzw. des Bodens (15) des U-förmigen Formteils (14) angeordnet sind.

7. Funktionseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Endabschnitts (22) in der dritten Koordina­ tenrichtung (Z) wenigstens dem Einsteckweg der Steckverbin­ dungen entspricht.

8. Funktionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die in ihrer Endposition befindliche Zusatz­ vorrichtung (2) aktivierbare Auslöseeinrichtung (5, 6) für eine Vorschubeinheit vorgesehen ist, die geeignet ist, das erste Positionierungs- und Kupplungsorgan (8) in der dritten Koordinatenrichtung (Z) gegen die Zusatzvorrichtung (2) zu bewegen.

9. Funktionseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinheit ein mit Druckluft beaufschlagbarer Zylinder ist.