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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Löten von Zähnen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Lötmaschinen zum Löten von Zähnen auf ein Stammblatt bekannt. So ist in den Dokumenten
DE 10 2007 054 989 A1 und
DE 101 44 566 A1 jeweils eine Lötmaschine beschrieben, bei denen Hartmetall- oder Stellit-Zähne mit einem Stammblatt verlötet werden. Die Zähne werden hierbei zunächst vereinzelt, mit Flussmittel und einem Lotband versehen, zu dem betreffenden Plattensitz des zu verlötenden Zahnes geführt und dort durch Hitzeeinwirkung verlötet.
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Um eine möglichst gute Lötverbindung zu erzeugen, ist es wichtig - abgesehen von der richtigen Form des Plattensitzes und der richtigen Lages des Zahnes - dass sowohl das Flussmittel, als auch das Lot in der richtigen Menge und Lage platziert werden.
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Das Lot wird nach dem heutigen Stand der Technik mittels einer Dosiervorrichtung ausgebracht. Die Dosiervorrichtung wird durch den Programmablauf der Lötmaschine gesteuert. Kommt es jedoch zu einer Störung, beispielsweise durch einen zur Neige gehenden Flussmittel-Vorrat oder durch ein Verstopfen der Flussmittel-Düse, so wird beispielsweise erst bei einer visuellen Kontrolle des gelöteten Sägeblattes dieser Fehler erkannt. Auch beim nicht ausreichenden Vorhandensein des Lotbandes wird dieser Fehler erst viel zu spät erkannt. Sollte das Lotband sogar vollständig fehlen, so kommt es zu keiner Verlötung und der Zahn wird nicht beim Weiterdrehen des Stammblattes (dem so genannten Takten) mitgenommen. Der liegengebliebene Zahn verursacht dann insgesamt eine erhebliche Störung des automatisierten Lötvorganges.
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Aus der Schrift
DE 100 16 821 C1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von Silberlot auf einen Zahn in einer Anlötvorrichtung bekannt. Es ist dort die Aufgabe der Erfindung, die Verschmutzung eines Rundtisches zu minimieren. Hier ist jedoch nachteilig, dass der automatisierte Lötvorgang nicht überwacht ist.
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In einem weiteren Stand der Technik - der Schrift
DE 100 23 566 A1 - erfolgt eine Überwachung beim Auflöten von Zähnen mittels Kameras bzw. eines Kamerasystems. Im dortigen Absatz [0019] wird definiert, dass unter einem Kamerasystem im Sinne der Erfindung auch mehrere Messtaster oder optische Sensoren zu verstehen sind.
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In der Schrift
DE 299 08 934 U1 wird eine Zahnsortiervorrichtung mit einer Lageerkennung der Zähne beschrieben, wobei die Lageerkennung mittels Laserlicht und dessen Reflektionslicht arbeitet.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine möglichst umfangreiche Kontrolle des Löt- und Bestückungsvorganges zu finden.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 9 vollständig gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es wurde erkannt, dass ein berührungsloses Messsystem am besten geeignet ist. Dieses hat seinen Grund darin, dass bei einem berührenden Messsystem ein Taster auch das pastöse Flussmittel ertasten müsste, welches zur Benetzung des Tasters führen würde, so dass der Taster nicht mehr unterscheiden könnte, ob er nun tatsächlich das Flussmittel auf dem Zahn oder auf dem Lotband oder an sich selbst misst. Würde man ein Taster-Messsystem nur für den Zahn oder das Lotband benutzen, so hätte man keine vollständige Kontrolle der Lötverbindung, die ja nicht nur aus dem Verifizieren des Lotbandes besteht.
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Das Anordnen des berührungslosen Messsystems oberhalb des Bestückungsabschnittes hat den Vorteil, dass das Messsystem zwangsläufig nach unten zum Zahn hin gerichtet sein muss und dadurch nicht von herabfallendem Staub, Flussmittel oder Ähnlichem verunreinigt werden kann. Auf der anderen Seite stellt diese Positionierung eine konstruktive Schwierigkeit dar, da oberhalb des Zahnes auch Greifersysteme und ein Löttemperatur-Sensor angeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch vorteilhaft, wenn der Zahn nach dem Überführen von seinem Weg von einem Sortiertopf zu dem Bestückungsbereich überprüft wird. Dieses Überführen wird in der Regel durch einen Greifer bewerkstelligt. Die richtige Lage des Zahnes wurde vorher schon im Sortiertopf bewerkstelligt. Bei Überführen könnte es unter Umständen zu einer ungenauen Positionierung des Zahnes gekommen sein, weshalb die Lage des Zahnes im Greifer des Bestückungsbereiches vorteilhaft wäre.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung arbeitet das Messsystem nach dem Prinzip der Abstandsmessung. Hier wird der Abstand vom dem ortsfesten Messsystem zu dem zu überprüfenden Objekt (Zahn, erste Flussmittelschicht, Lotband, zweite Flussmittelschicht) gemessen wird und mit Sollwerten der Steuerung verglichen wird.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird reflektiertes Licht gemessen, welches zuvor dem zu überprüfenden Objekt zugeführt wird. Aus den Informationen über die Beschaffenheit des reflektierten Lichtes kann dann in der Steuerung der Lötmaschine durch Vergleich mit zuvor gewonnenen Daten festgestellt werden, ob das Objekt einwandfrei platziert wurde.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch mit Absorptionsmessungen gearbeitet werden.
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Die Mittel mit den man misst, können sowohl weißes Licht, einfarbiges Licht (Laser-Licht), Schall und insbesondere Ultraschall sein. Ein besonderes Messsystem stellt das Weißlicht-Messsystem dar. Häufig wird ein derartiges Weißlicht-Messsystem auch Weißlicht-Interferometer genannt (z.B. Fa. Micro-Epsilon Messtechnik, 94496 Ortenburg). Mit diesem Messsystem wird ein polychromatisches Licht (Weißlicht) durch eine Aneinanderreihung von Linsen auf die Messobjektoberfläche gestrahlt. Die Linsen sind so angeordnet, dass durch kontrollierte chromatische Abweichung das Licht in monochromatische Spektren zerteilt wird, wobei durch vorherige Kalibrierung jeder Wellenlänge ein bestimmter Weg (bzw. Abstand) zugeteilt wird. Der Vorteil dieses Systems liegt darin, dass sowohl diffuse, als auch spiegelnde Oberflächen erfasst werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auch ein bildgebendes System - also eine Kamera - als Messsystem verwendet werden. Der Nachteil liegt leider darin, dass dieses System relativ teuer ist. Außerdem muss ein Kamerabild - vorzugsweise in digitaler Form - durch eine Software ausgewertet werden, wodurch Fehlinterpretationen zustande kommen können.
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Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1a bis 1e den schematischen Ablauf der Bestückung eines Zahnes;
- 2 eine perspektivische Ansicht des Bestückungsabschnittes.
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Der Figurenbeschreibung muss vorausgeschickt werden, dass Begriffe „links“ und „rechts“ hier nur als beispielhaft anzusehen sind. In der tatsächlichen Ausführung können hier beschriebene Ausgestaltungen auch anders herum sein.
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Mit den 1a bis 1e wird ein beispielhafter Ablauf der Bestückung eines Zahnes 1 gezeigt. Dieses erfolgt in dem Bestückungsabschnitt 10. Dieser Bestückungsabschnitt 10 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als der Abschnitt definiert, in dem der Zahn 1 zweimal mit Flussmittel 5, 7 und mit einem Lotband 6 versehen wird.
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In der 1a wird der Zahn 1 von einem Greifer 2 gehalten. Der Zahn 1 kann mittels eines (hier nicht dargestellten) weiteren Greifers von einem Abgang eines Sortiertopfes (ebenfalls nicht dargestellt) senkrecht zur Bildebene zu der gezeigten Position gebracht worden sein. In dem Sortiertopf ist der Zahn 1 zuvor in seiner erforderlichen räumlichen Lage ausgerichtet worden.
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Links von der aktuellen Greiferposition sind oberhalb des Zahnes 1 ein Messsystem 3 und eine Flussmittel-Dosiereinheit 4 angeordnet. Um das Vorhandensein des Zahnes 1, oder seine richtige Lage in dem Greifer 2 zu überprüfen, fährt der Greifer 2 zum Messsystem 3. Sollte sich hierbei kein „Okay“ ergeben, so erfolgen entweder ein „Stopp“ des Programmes oder entsprechende Behebungs-Routinen. Diese Vorgehensweise gilt auch für andere, spätere Programmschritte. Nach einem „Okay“ des Messsystems 3 wird weiter nach links unterhalb der Flussmittel-Dosiereinheit 4 gefahren, um die untere Flussmittelschicht 5 auf den Zahn 1 auszubringen. Diese Situation wird in der 1b gezeigt (die Dicke der Flussmittelschicht 5 wurde aus Gründen der besseren Deutlichkeit übertrieben). Um auch etwas Flussmittel an die kurze Stirnseite des Zahnes 1 (links) zu dosieren, kann mit dem Greifer 2 etwas in diese Position verfahren werden. Ist das Flussmittel nach dem Steuerungsprogramm der Lötmaschine ausgebracht, so fährt der Greifer 2 zum Messsystem 3, um die richtige Menge der Dosierung zu überprüfen.
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In der 1c ist bereits das Lotband 6 auf die untere Flussmittelschicht 5 aufgelegt worden (die Dicke des Lotbandes 6 wurde hier aus Gründen der besseren Deutlichkeit übertrieben). Dieses erfolgte durch einen weiteren Greifer (nicht dargestellt), der quer zur Zeichnungsebene verfährt. Mit anderen Worten: Der Prozess zum Ablängen und Abwinkeln des Lotbandes 6 erfolgt hier nicht in dem Bestückungsabschnitt 10 des Zahnes 1. Es ist hier noch hervorzuheben, dass im Rahmen der Erfindung das Ablegen des Lotbandes 6 nicht „links“ von der Dosiereinheit 4 erfolgen muss, sondern auch an anderen Stellen erfolgen kann.
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Nach dem Ablegen des Lotbandes 6 auf dem unteren Flussmittel 5 wird wieder zum Messsystem 3 gefahren, um das Vorhandensein und die richtige Lage des Lotbandes 6 zu überprüfen. Nach dem „Okay“ durch die Steuerung wird nun die obere Flussmittelschicht 7 ausgebracht (1d) und auch dieser Prozessabschnitt wird wieder in der bereits bekannten Weise überprüft (auch hier wurde die Dicke der Flussmittelschicht 7 wurde aus Gründen der besseren Deutlichkeit übertrieben). Nun ist der Zahn 1 vollständig bestückt und überprüft.
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Zum Schluss wird der Zahn 1 entweder mit dem Greifer 2 oder mit einem anderen Greifer in die Lötposition gebracht, um mit einem Stammblatt 9 eines Sägeblattes verlötet zu werden. Dieser Lötvorgang wird vorteilhafterweise mittels eines Löttemperatur-Sensors 8 überwacht.
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Um den Zahn 1 in die Lötposition zur bringen, ist es vorteilhaft, wenn nicht mit dem Greifer 2 gearbeitet wird, der bei der Bestückung gebraucht wird, sondern wenn hierzu ein separater Greifer zum Einsatz kommt. Dadurch kann der „Bestückungs-Greifer“ 2 in der Zeit des Lötens schon wieder einen Zahn 1 vollständig bestückt und überprüft haben.
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Mit der 2 soll durch die perspektivische Darstellung ein räumlicher Eindruck von der Einbausituation des Messsystems 3 vermittelt werden. Es ist die Situation zu sehen, in der der Zahn 1 gerade von einem - hier nicht dargestellten - Greifer von dem Sortiertopf-Abgang zu dem Greifer 2 übergeben wurde und zum Überprüfen unter das Messsystem 3 gefahren ist. Da der Zahn 1 in Relation zum Greifer 2 sehr klein ist, wird er bei der Übergabe zusätzlich von einer Zahnstütze 11 gestützt. Das Messsystem 3 befindet sich mit seiner Achse 13 direkt über dem Zahn 1. Der Zahn 1, bzw. der Greifer 2 verfahren zur Bestückung des Zahnes 1 entlang der Achse 12. Die Dosiereinheit 4 ist ebenfalls mit ihrer Achse 14 auf die Bewegungsachse 12 ausgerichtet.
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Der Greifer 2 ist mechanisch mit einem Zahnriemen 15 verbunden und wird von diesem auch angetrieben. Der Zahnriemen 15 wird wiederum von einem Schrittmotor angetrieben. Diese Anordnung mit dem Zahnriemen 15 hat den Vorteil, dass der Zahnriemen 15 zugleich auch einen sonst in der Lötmaschine entstehenden Schlitz für den Bewegungsapparat mit abdeckt. Es kann also kein Schmutz ins Innere der Maschine gelangen. Alternativ kann der Antrieb für den Greifer 2 aber auch durch einen Linearmotor erfolgen.
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Links vom linken Ende 16 des Zahnriemens 15 befindet sich die Lötposition (Siehe 1e). Schräg über dieser Lötposition ist der Löttemperatur-Sensor 8 angeordnet, der mit seinem oberen Ende in Richtung Dosiereinheit 4 geneigt ist (hier nicht zu sehen).
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Durch den beschriebenen Ablauf der Bestückung ergibt sich der Vorteil, dass hießt mit dem mehrfachen Hin- und Herfahren des Greifers 2, dass nur eine einzige Dosiereinheit 4 und nur ein einziges Messsystem 3 benötigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahn
- 2
- Greifer
- 3
- Messsystem
- 4
- Flussmittel-Dosiereinheit
- 5
- untere Flussmittel-Schicht
- 6
- Lotband
- 7
- obere Flussmittel-Schicht
- 8
- Löttemperatur-Sensor
- 9
- Stammblatt
- 10
- Bestückungsabschnitt
- 11
- Zahnstütze
- 12
- Bewegungsachse bei der Bestückung
- 13
- Messsystem-Achse
- 14
- Dosiereinheit-Achse
- 15
- Zahnriemenantrieb für Greifer
- 16
- linkes Ende des Zahnriemens
