DE102006024733B3

DE102006024733B3 - Feedereinschub für Bestückungsmaschinen von Leiterplatten

Info

Publication number: DE102006024733B3
Application number: DE102006024733A
Authority: DE
Inventors: Hugo Fritschy; Arnold Teimel
Original assignee: Maxon Motor AG
Current assignee: Maxon Motor AG
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-05-27
Also published as: KR20120019512A; DE502007002346D1; JP4716147B2; US8414244B2; CN101444151A; EP2022303A1; ATE452529T1; CN101444151B; WO2007137766A9; US20100284769A1; WO2007137766A1; KR101147966B1; EP2022303B1; KR20090015963A; JP2009538521A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feedereinschub für Bestückungsmaschinen von Leiterplatten, der ein Gehäuse, einen Antriebsmotor, ein Getriebe und ein, mit einem Transportband in Eingriff stehendes Stachelrad aufweist. Der Antriebsmotor und das Getriebe sind so an einer gemeinsamen Seitenwand des Gehäuses angeordnet, dass ihre Achsen senkrecht zur Seitenwand stehen. Es soll ein schmaler Aufbau des Feedereinschubs ermöglicht werden, der zudem eine leichte Montage erlaubt. Hierzu ist vorgesehen, dass die Welle des Antriebsmotors drehbar in der Seitenwand des Gehäuses gelagert ist und wobei die Seitenwand des Gehäuses die Basisplatte des Antriebsmotors bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Feedereinschub für Bestückungsmaschinen von Leiterplatten mit einem Gehäuse, einem Antriebsmotor, einem Getriebe und einem, mit einem Transportband in Eingriff stehenden Stachelrad, wobei der Antriebsmotor und das Getriebe an einer gemeinsamen Seitenwand des Gehäuses angeordnet sind, so dass ihre Achsen senkrecht zur Seitenwand stehen, der Stator direkt auf der Seitenwand des Gehäuses befestigt ist und die Seitenwand des Gehäuses zugleich die Seitenwand des Antriebsmotors bildet.
Bestückungsmaschinen werden eingesetzt, um elektronische Bauteile auf einer Leiterplatte zu positionieren. Die elektronischen Bauteile sind auf einem Transportband aus Karton oder Kunststoff angeordnet und mit einem weiteren Band abgedeckt. Das Transportband wird zu einer Rolle aufgewickelt und in einen Feeder eingesetzt. Das Transportband weist an mindestens einer Seite Löcher auf, in die ein über einen Antriebsmotor angetriebenes Stachelrad eingreift und das Transportband somit bewegt. Gleichzeitig wird die Abdeckfolie abgezogen, so dass die elektronischen Bauteile frei liegen. Die elektronischen Bauteile werden durch das Stachelrad genau an einer Übergabestelle positioniert, mit einer Vakuumpipette entnommen und auf der Leiterplatte platziert.
Da die elektronischen Bauteile immer kleiner werden und ihre Anzahl auf einer Leiterplatte kontinuierlich zunimmt, müssen moderne Bestückungsmaschinen Platz für eine möglichst große Anzahl von Feedereinschüben mit Transportbändern mit den elektronischen Bauteilen bieten. Aus Platzgründen müssen die einzelnen Feedereinschübe möglichst schmal sein.

Es ist bekannt, als Antriebsmotoren schlanke Motoren einzusetzen, deren Achsen parallel zu den Seitenwänden des Feedereinschubs verlaufen. Ein solcher konventioneller zylindrischer Antrieb muss deshalb einen sehr kleinen Durchmesser haben, d.h. er wird nur wenig Drehmoment erzeugen können, was eine hohe Untersetzung erfordert.

Es ist auch bekannt, als Antriebsmotoren flache Motoren einzusetzen, deren Achsen senkrecht zu den Seitenwänden des Feedereinschubs verlaufen. Diese Flachmotoren mit Innen- oder Aussenläuferanordnung können bei geringer Bauhöhe deutlich mehr Drehmoment bereitstellen.

Ein solcher Feedereinschub ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 897 258 B1 bekannt. In dieser Patentschrift wird ein Feedereinschub beschrieben, der eine an einem Hauptrahmen befestigte Bandzuführvorrichtung umfasst, die mit einem ebenfalls am Hauptrahmen befestigten Elektromotor angetrieben wird. Die Bandzuführvorrichtung bewegt das Transportband mit den elektronischen Bauteilen vorwärts, gleichzeitig wird die Abdeckfolie abgenommen. An einer Übergabeposition wird ein elektronisches Bauteil von einer Vakuumpipette angesaugt und auf einer Leiterplatte positioniert. Der Antriebsmotor ist vorzugsweise ein Impulsmotor, über den eine genaue Positionierung der elektronischen Bauteile auf dem Transportband an der Übergabeposition erfolgen kann. Dies kann beispielsweise durch eine Änderung der Impulsanzahl oder der Impulsdauer des Impulsmotors erfolgen.

Auch in der deutschen Patentanmeldung DE 101 57 230 A1 wird ein Feedereinschub für eine Bestückungsmaschine beschrieben. Der Feedereinschub weist einen Hauptrahmen auf, an dem eine Zuführeinrichtung für ein Transportband angeordnet ist, eine Trenneinrichtung, in der die Abdeckfolie von dem Transportband abgetrennt wird und eine Rückgewinnungseinrichtung, in der die Abdeckfolie aufgewickelt wird. Der Antrieb der Zuführeinrichtung, der Trenneinrichtung und der Rückgewinnungseinrichtung erfolgt über ein Scheibenelement, das fest an einer Seite des Hauptrahmens angebracht ist und auf dem eine Vielzahl von Ankerspulen angeordnet sind. Eine Welle ist drehbar in der Mitte dieses ersten Scheibenelements gelagert. Auf der Welle ist ein zweites Scheibenelement befestigt, das mit einer kreisförmigen Permanentmagneteinrichtung verbunden ist. Über die Wechselwirkung zwischen der Permanentmagneteinrichtung und den Ankerwicklungen wird die Welle gedreht. Die Drehbewegung wird auf die Zuführeinrichtung, die Trenneinrichtung und die Rückgewinnungseinrichtung übertragen.

Ein weiterer Feedereinschub für eine Bestückungsmaschine wird in dem US-amerikanischen Patent US 6,379,098 B1 offenbart. Der Feedereinschub weist einen ersten Antriebsmotor zur Fortbewegung des Transportbands auf und einen zweiten Antriebsmotor, der einen Mechanismus zum Abziehen der Abdeckfolie von dem Transportband antreibt. Der erste Antriebmotor weist einen zylindrischen Stator auf, der fest am Rahmen des Feedereinschubs befestigt ist. Ein hohlzylindrischer Rotor umgibt den Stator, wobei ein Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator entsteht. Der Rotor umfasst einen hohlzylindrischen Permanentmagneten, an dessen Rückseite ein Zahnrad ausge bildet ist. In dieses Zahnrad greifen vier weitere Zahnräder ein, die den Rotor in seiner Position halten.

Nachteilig an diesem aus dem Stand der Technik bekannten Feedereinschüben ist zum Einen, dass die Dicke der Feedereinschübe durch die Länge der Antriebsmotoren sowie die Dicke der Gehäusewände von Motor und Feedereinschub festgelegt ist. In dem in dem US-Patent 6,379,098 B1 beschriebenen Feedereinschub wird versucht diesen Nachteil dadurch zu beheben, dass der Antriebsmotor keine Motorwelle aufweist, sondern der Rotor über vier Zahnräder gelagert wird. Dadurch wird die Montage des Systems relativ komplex.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Feedereinschub bereitzustellen, dessen Dicke weiter reduziert werden kann, der über einen einfachen Aufbau verfügt und daher eine einfache Montage ermöglicht.

Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotor des Antriebsmotors drehbar ausschließlich auf einer Achse gelagert ist, die fest mit der Seitenwand des Gehäuses verbunden ist.

Durch die Lagerung des Rotors des Antriebsmotors auf einer Achse in der Seitenwand des Gehäuses kann die Basisplatte des Motors mit Lagern eingespart werden. Somit ist eine weitere Reduktion der Dicke möglich. Durch die Lagerung des Rotors ausschließlich auf einer Achse ist eine einfache Montage möglich. Der Rotor erhält dadurch seine Kippstabilität, dass die Achse die Seitenwand vollständig oder auf einem möglichst langen Abschnitt durchdringt. Der Rotor kann auf der Achse durch eine Gleitlagerung oder durch Wälzlager gelagert werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Seitenwand des Gehäuses eine Hülse angeordnet ist, in der die Achse des Antriebsmotors eingepresst ist. Es steht also eine größere Fläche zur Lagerung der Achse des Antriebsmotors zur Verfügung. Die Kippstabilität der Achse wird dadurch noch weiter erhöht. In diesem Zusammenhang ist es auch günstig, wenn die Hülse einen Auflageflansch aufweist, mit dem die Hülse an der Seitenwand anliegt.

Um einen festen Halt der Hülse in der Seitenwand des Gehäuses zu ermöglichen, kann die Hülse vorteilhafter Weise in die Seitenwand des Gehäuses eingepresst werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die Seitenwand des Gehäuses weitere Bohrungen aufweist, in denen die Getriebeachsen angeordnet sind. Auch auf diese Weise wird eine Reduzierung der Dicke des Feederantriebs ermöglicht. Durch die Lagerung der Rotorachse und der Getriebeachsen in der Seitenwand des Gehäuses können Montageungenauigkeiten, die beim Anbringen separater Bauteile auf die Seitenwand entstehen, vermieden werden.

Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass auf dem Stachelrad ein Encoder zur Positionierung des Transportbands angeordnet ist. Damit ist eine sehr hohe Positioniergenauigkeit des Feeders möglich.

Vorteilhafterweise kann der Encoder als inkrementaler Drehgeber ausgebildet sein, dessen Impulszahl mit der Anzahl der Übergabepositionen identisch ist.

Günstig ist auch, wenn zusätzlich ein weiteres Gebersystem vorgesehen ist, welches nicht zwingend auf dem gleichen physikalischen Prinzip (optisch, induktiv, kapazitiv) beruhen muss wie der Inkrementalgeber. Mit diesen zusätzlichen Gebersystem lässt sich ein Referenzimpuls zur Bestimmung der Absolutposition erzeugen.

Alternativ kann der Encoder vorteilhaft auch ein Absolut-Drehgeber sein, der nach dem Einschalten und zu jeder Zeit die Absolutposition mit einer der Aufgabe entsprechenden Genauigkeit zur Verfügung stellt.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 Seitenansicht eines Feedereinschubs und
2 Schnitt durch einen Antriebsmotor für einen Feedereinschub, entlang der Linie II-II aus 1.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Feedereinschubs 1. Der Feedereinschub 1 weist ein Gehäuse mit einer Seitenwand 2 auf. Auf der Seitenwand 2 ist ein Flachmotor 3 befestigt. Um die Dicke des Feedereinschubs 1 zu reduzieren, ist der Flachmotor 3 so am Gehäuse des Feedereinschubs 1 befestigt, dass die Rotorachse 4 des Flachmotors 3 senkrecht zur Gehäusewand 2 verläuft.
Der Flachmotor 3 kann dazu genutzt werden, ein Transportband anzutreiben, auf dem elektronische Bauteile angeordnet sind, die vom Feeder zur Platzierung auf einer Leiterplatte bereitgestellt werden. Der Flachmotor 3 kann aber auch dazu dienen, eine auf dem Transportband angeordnete Abdeckfolie, mit der die elektronischen Bauteile geschützt werden, von dem Transportband abzuziehen, um Zugriff auf die elektronischen Bauteile zu ermöglichen. Es ist auch möglich, dass der Flachmotor 3 beide Funktionen erfüllt. Im Folgenden wird beschrieben, dass der Flachmotor 3 als Antrieb für das Transportband benutzt wird.
In diesem Fall ist der Flachmotor 3 über eine Getriebeeinheit 5 mit dem Stachelrad 6 verbunden. Das Stachelrad 6 ist ebenfalls auf einer senkrecht zur Seitenwand 2 verlaufenden Achse 7 gelagert. Über das Stachelrad 6 wird das Transportband angetrieben. Dazu weist das Stachelrad 6 an seinem Umfang Zähne bzw. Stachel 8 auf. Das Transportband ist an mindestens einem Rand mit Öffnungen versehen, ähnlich wie ein Film für einen Fotoapparat. Die Stachel 8 des Stachelrads 6 greifen in diese Öffnungen des Transportbands ein und ziehen das Transportband mit sich.
Auf dem Rotor 14 des Flachmotors 3 ist ein Zahnrad 9 angeordnet. Das Zahnrad 9 steht mit einem Zahnrad 10 der Getriebeeinheit 5 in Eingriff. Das Zahnrad 10 ist auf einer Getriebeachse 11 gelagert, die ebenfalls senkrecht zur Seitenwand 2 verläuft. Je nach benötigter Übersetzung weist die Getriebeeinheit 5 weitere auf senkrecht zur Seitenwand verlaufenden Getriebeachsen gelagerte Zahnräder auf. Auch auf der Achse 7 des Stachelrads 6 ist ein Zahnrad 12 angebracht. Die letzte Stufe der Getriebeeinheit 5 steht mit diesem Zahnrad 12 in Eingriff und überträgt die Kraft des Antriebsmotors 3 auf das Stachelrad 6.
Um die auf dem Transportband angeordneten elektronischen Bauteile an die Übergabepositionen für den Bestückungskopf genau zu positionieren, ist direkt am Stachelrad 6 ein Positionserkennungssystem angeordnet. In der beschriebenen Ausführungsform ist dazu an dem Stachelrad 6 die Codescheibe 13 eines Encoders angebracht. Der Encoder ermöglicht es, die geometrische Abweichung einzelner Zähne des Stachelrads 6 über einen Kalibriervorgang zu kompensieren. Dazu wird das Stachelrad 6 mit einem hochpräzisen Referenzsystem vermessen und die Korrekturwerte werden in einer Datentabelle abgelegt.
Das eingesetzte Encodersystem kann auf einem induktiven, einem kapazitiven, einem magnetischen oder einem optischen Funktionsprinzip basieren. Bei dem Encoder kann es sich um einen inkrementalen Drehgeber handeln. Die Anzahl der Impulse des inkrementalen Drehgebers entsprechen dann der Anzahl der Übergabepositionen am Stachelrad. Um die Encodersignale mit einer zuvor erstellten Korrekturtabelle mit den geometrischen Abweichungen des Stachelrades abzugleichen verfügt das inkrementale Encodersystem über einen Referenzimpuls. Dieser Referenzimpuls kann wahlweise durch einen zusätzlichen Sensor, der auf einem anderen Funktionsprinzip als der inkrementalen Encoder basiert, erzeugt werden. Hierbei ist nachteilig, dass unter ungünstigen Bedingungen eine nahezu vollständige Umdrehung des Stachelrads nötig ist, bis das Signal zur Initialisierung der Zuordnung der Position zur Korrekturtabelle ansteht. In diesem Fall würden elektronischen Bauteile, die währen dieser Umdrehung zur Bestückung anstehen, ungenutzt verloren gehen.
Es kann auch ein Encodersystem eingesetzt werden, das durch eine oder mehrere zusätzliche Spuren nicht nur die inkrementale, sondern auch die absolute Winkelposition bereitstellt. Bei diesem absoluten Encodersystem ist die Anzahl der zu Verfügung stehenden Absolutpositionen mindestens genauso groß wie die Anzahl der Übergabepositionen am Stachelrad. Damit ist eine direkte Zuordnung zur Korrekturtabelle an jeder Übergabeposition möglich. Es muss damit kein Referenzpunkt mehr angefahren werden, wodurch kein Verlust von Bauteilen mehr entsteht.
In 2 ist ein Querschnitt durch einen Flachmotor 3 dargestellt, der in einen Feedereinschub eingesetzt werden kann. Der Motor 3 umfasst einen Rotor 14 und einen Stator 15, der auf einer Bodenplatte 2 befestigt ist. Der Rotor 14 ist auf Aussenringen der die Rotorachse 4 umgebenden Kugellager montiert. Auf der Oberseite des Rotors 14 befindet sich das Ritzel 9 für die Übertragung der Rotordrehung auf das Getriebe. Der Stator 15 mit seiner Wicklung ist am Aussenumfang des Rotors 14 angeordnet. Dieser Aufbau hat den Vorteil einer deutlich geringeren Rotorträgheit gegenüber einer Aussenläuferan ordnung und ist deshalb bei hohen dynamischen Anforderungen vorteilhafter. Um einen flachen Aufbau des Feedereinschubs 1 zu ermöglichen, bildet die Seitenwand 2 des Feedereinschubs die Bodenplatte des Motors 3. In der Seitenwand 2 des Gehäuses ist eine Hülse 16 eingepresst, in die wiederum die Rotorachse 14 des Flachmotors 3 eingepresst ist. Dazu weist die Seitenwand 2 eine Bohrung auf, in die eine Hülse 16 eingepresst soweit ist, bis sie mit einem Auflageflansch an der Seitenwand 2 anliegt. Auf der Rotorachse 4 ist der Rotor 14 drehbar gelagert. Eine Drehung des Rotors 14 führt somit zur Drehung des Zahnrades 9.
Um die Position des Rotors 14 zu bestimmen, werden Sensoren 19 eingesetzt. Die Sensoren 19 befinden sich unter dem Magneten des Rotors 14 und tasten dessen Magnetfeld ab. Bei den Sensoren kann es sich um Hall IC's mit digitalem Ausgang oder um lineare Hallsensoren mit analogem Ausgang handeln. Werden lineare Hallsensoren eingesetzt, können durch eine zusätzliche Elektronik aus 2 um 90° elektrisch versetzten Sensoren ein Encodersignal und die Kommutierungssignale gewonnen werden. Das gleiche Ergebnis kann mit einer etwas anderen Auswerteelektronik mit 3 um 120° elektrisch versetzten Sensoren erreicht werden. Weiterhin ist es auch möglich, eine Encoderscheibe am Rotor 14 anzubringen. Diese Encoderscheibe kann mit optischen oder magnetischen Sensoren 19 abgetastet werden, wodurch eine höhere Winkelauflösung erreicht werden kann.
Die Kontaktierung der Wicklungsanschlüsse des Stators 15 und der Sensoren 19 erfolgt über eine flache, aus Gründen einer minimalen Bauhöhe bevorzugt flexiblen Leiterplatte 20 mit einer Folie (z.B. aus Kapton) als Trägermaterial, die auf der Seitenwand 2 angebracht ist.
Die Seitenwand 2 weist weitere Bohrungen auf, in denen die Getriebeachsen angeordnet sind. Dadurch werden weitere Montagetoleranzen vermieden, die die Genauigkeit der Übertragung der Bewegung des Motors durch das Getriebe negativ beeinflussen.

Claims

Feedereinschub (1) für Bestückungsmaschinen von Leiterplatten mit einem Gehäuse, einem Antriebsmotor (3), einem Getriebe (5) und einem, mit einem Transportband in Eingriff stehenden Stachelrad (6), wobei der Antriebsmotor (3) und das Getriebe (5) an einer gemeinsamen Seitenwand (2) des Gehäuses angeordnet sind, so dass ihre Achsen senkrecht zur Seitenwand (2) stehen, der Stator (15) direkt auf der Seitenwand (2) des Gehäuses befestigt ist und die Seitenwand (2) des Gehäuses zugleich die Seitenwand (2) des Antriebsmotors (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) des Antriebsmotors (3) drehbar ausschließlich auf einer Achse (4) gelagert ist, die fest mit der Seitenwand (2) des Gehäuses verbunden ist.
Feedereinschub (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) des bürstenlosen Antriebsmotors (3) permanenterregt ist und innerhalb des Stators (15) liegt.
Feedereinschub nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung zwischen Achse (4) und Seitenwand (2) des Gehäuses durch eine Hülse (16) erreicht wird.
Feedereinschub (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) in die Seitenwand (2) des Gehäuses eingepresst ist.
Feedereinschub nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (4) in die Hülse (16) eingepresst ist.
Feedereinschub (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) einen Anlageflansch aufweist, mit dem die Hülse an der Seitenwand (2) des Gehäuses anliegt.
Feedereinschub nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rotor (14) des Antriebsmotors (3) an einer Seite ein Ritzel (9) zur Übertragung des Drehmoments auf ein Getriebe befestigt ist.
Feedereinschub nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (2) weitere Bohrungen aufweist, in denen die Achsen für Getriebestufen (11) befestigt werden.
Feedereinschub nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Stachelrad (6) ein Encoder (13) zur Positionierung des Transportbandes angeordnet ist.
Feedereinschub nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (13) ein inkrementaler Drehgeber ist, dessen Impulszahl mit der Anzahl Übergabepositionen identisch ist.
Feedereinschub nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein weiteres Gebersystem zur Erzeugung eines Referenzimpulses zur Bestimmung der Absolutposition vorgesehen ist.
Feedereinschub nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (13) ein Absolut-Drehgeber ist, der nach Einschalten zu jeder Zeit die Absolutposition zur Verfügung stellt.