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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere Setzfinger oder Amboss, für eine Vorrichtung zum Einpressen von elektrischen Kontaktelementen in eine Leiterplatte, wobei das Werkzeug eine Optikhalterung umfasst, die ausgestaltet ist, eine Kameraoptik aufzunehmen..
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Einpressen von elektrischen Kontaktelementen in eine Leiterplatte.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einpressen von elektrischen Kontaktelementen in eine Leiterplatte, wobei mit einem ersten Werkzeug, insbesondere einem Setzfinger, ein elektrisches Kontaktelement in eine Durchgangsbohrung der Leiterplatte eingepresst und/oder mit einem zweiten Werkzeug, insbesondere einem Amboss, beim Einpressen die Leiterplatte im Bereich der Durchgangsbohrung abgestützt wird.
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Werkzeuge, Vorrichtungen und Verfahren der vorbenannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei den Kontaktelementen handelt es sich in der Regel um sogenannte Einpresskontakte, die zumeist als Stiftkontakte ausgestaltet sind. Als solche können die Kontaktelemente einen Schaft aufweisen, der einen Kontaktabschnitt, einen Handhabungsabschnitt und einen Einpressabschnitt aufweisen kann. Im Kontaktabschnitt kann das Kontaktelement einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisen und mit einer Spitze versehen sein, um ein Einschieben des Kontaktelements in ein Gegenkontaktelement zu erleichtern. Im Halteabschnitt können beispielsweise zwei entlang des Schaftes sich gegenüberliegend angeordnete Einpressschultern seitlich vom Schaft weg erstrecken, damit in einer im Wesentlichen parallel zum Schaft verlaufenden Einpressrichtung eine Einpresskraft auf das Kontaktelement ausgeübt werden kann. Im sich an den Halteabschnitt anschließenden Einpressabschnitt kann der Schaft beispielsweise gespalten sein, um zwei seitlich von der Außenkontur des Schaftes vorragende Federkörper bereitzustellen, mit deren Hilfe das Kontaktelement in der Durchgangsbohrung der Leiterplatte zentriert gehalten sein kann.
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Die Kontaktelemente werden in der Regel mittels eines ersten, als Setzfinger ausgestalteten Werkzeugs, das beispielsweise den Kontaktabschnitt umgreifen bzw. umhüllen kann, aufgenommen. Die Durchgangsbohrung der Leiterplatte wird dann relativ zum Setzfinger ausgerichtet, so dass dieser beim Herabfahren in Richtung Leiterplatte eine notwendige Eindrück- bzw. -presskraft auf die Einpressschultern übertragen und somit den Einpressabschnitt in die Durchgangsbohrung der Leiterplatte einführen bzw. -pressen kann. Während des Einpressens kann die Leiterplatte beispielsweise entlang des Außenumfangs der Bohrung durch ein zweites, als Amboss ausgestaltetes Werkzeug, abgestützt sein. Der Amboss kann in einer Arbeitsebene, in welcher die Leiterplatte quer zur Einsetzrichtung relativ zu Setzfinger und Amboss verfahrbar sein kann, bewegungsstarr mit dem Setzfinger verbunden sein. Setzfinger und Amboss können somit beispielsweise lediglich in vertikaler Richtung entlang der Einpressrichtung verlaufende Bewegung relativ zueinander ausführen. Um einen Teil des Einpressabschnitts aufnehmen zu können, der durch die Durchgangsbohrung unterhalb der Leiterplatte hervorragen kann, kann der Amboss eine Öffnung aufweisen.
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Gemäß dem Stand der Technik wird ein ordnungsgemäßer Sitz der Kontaktelemente in der Leiterplatte nach Abschluss eines Bestückungsvorganges kontrolliert, bei dem eine oder mehrere Reihen von Kontaktelementen beispielsweise in einer Stiftwanne zum Einstecken eines Steckerelements nebeneinander angeordnet werden. Zur Kontrolle werden einer ordnungsgemäßen Montage der Kontaktelemente bzw. deren Durchgangsbohrungen spezielle Prüfvorrichtungen bzw. -automaten verwendet, die mittels 3D-Messsystemen, Scannern und/oder Bildverarbeitungssystemen die Position der Kontaktelemente kontrollieren. Ein Hauptkriterium bei der Kontrolle ist die Prüfung des sogenannten Taumelkreises, bei dem die Stiftgradheit anhand einer Draufsicht auf die Spitze des Stiftes und daraus abgeleiteter Abweichung der Position der Spitze von einer Soll-Position ermittelt wird.
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Bei den bekannten Werkzeugen, Vorrichtungen und Verfahren zum Einsetzen der Kontaktelemente ist von Nachteil, dass ein ordnungsgemäßer Sitz der Kontaktelemente bzw. Taumelkreise nur nach einer kompletten Bestückung der Leiterplatte oder eines Abschnitts davon mit den Kontaktelementen möglich ist. Während der Bestückung können Soll-Abweichungen nicht kontrolliert und dann korrigiert werden. Dies kann zu Toleranzüberschreitungen bei der Genauigkeit der Bestückung bzw. den Taumelkreisen führen.
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Aus der
US 2010/0175252 A1 und aus der
EP 0 772 381 A1 ist jeweils eine Vorrichtung zum Einpressen von elektrischen Kontaktelementen bekannt, bei der die Vorrichtung mit einer Kamera versehen ist, anhand derer die Positionen von Durchgangsbohrungen in der Leiterplatte überprüft werden können. Die Kamera ist dabei vom Werkzeug beabstandet. Aus der
US 2010/0306998 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der Lichtschranken verwendet werden, um die Neigung von Kontaktstiften zu bestimmen.
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In Anbetracht der oben genannten Nachteile beim Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, beim Einpressen von Kontaktelementen in Leiterplatten die Genauigkeit, insbesondere Stiftgradheit zu erhöhen.
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Für ein Werkzeug der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Optikhalterung mit einer Öffnung des Werkzeugs zum Einführen des Kontaktelements in das Werkzeug und/oder zum Positionieren des Werkzeugs relativ zur Leiterplatte fluchtet.
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Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung wenigstens ein erfindungsgemäßes Werkzeug umfasst.
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Für eine Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöste, dass mit wenigstens einer Kameraoptik am ersten und/oder zweiten Werkzeug ein Kontaktpositionswert wenigstens eines Abschnitts des Kontaktelements und/oder ein Bohrungspositionswert der Durchgangsbohrung erfasst werden bzw. wird.
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Diese Lösungen haben den Vorteil, dass für jedes einzelne Kontaktelement spätestens nach dem Einsetzen individuell eine Aussage über die Qualität des Einsetzvorgangs, beispielsweise der Gradheit, gemacht werden kann. Die Qualitätsaussage kann zum einen für Dokumentationszwecke und zum anderen zur Steuerung von Werkzeug und Vorrichtung verwendet werden. Am Setzfinger kann die Optikhalterung zum Halten einer Prüfkameraoptik verwendet werden, die derartig an das Werkzeug angrenzt oder in dieses integriert ist, dass der Stift vor, während und/oder nach dem Einsetzen beobachtet werden kann. Die Optikhalterung am Amboss kann zum Halten einer Positionierungskameraoptik verwendet werden, die dabei helfen kann, die Leiterplatte möglichst genau relativ zu Amboss und/oder Setzfinger zu positionieren. Somit lässt sich die Steuerung von Werkzeug und Vorrichtung verfeinern. Die Vorrichtung kann als Prüfautomat eingesetzt werden. Eine Prüfung kann durch bildgebende Verfahren bzw. Aufnahmen vom Kontaktelement erfolgen, wenn der Setzfinger das Kontaktelement verlässt, um dann beispielsweise eine Position der Kontaktspitze relativ zum Setzfinger und/oder zur Leiterplattenbohrung zu erfassen. Qualitätsverbesserungen gegenüber dem Stand der Technik lassen sich also zum einen durch eine Verbesserung der Genauigkeit in der Positionierung der Durchgangsbohrung zur Einsetzachse, sprich Längsachse des Kontaktelements und/oder der Vorrichtung, sowie zum anderen durch die verbesserte Überprüfung der Position bzw. Geradheit des Kontaktelements erzielen. Dadurch, dass die Optikhalterung mit einer Öffnung des Werkzeugs zum Einführen des Kontaktelements in das Werkzeug und/oder zum Positionieren des Werkzeugs relativ zur Leiterplatte fluchtet, kann entlang der Flucht durch die Öffnung das Kontaktelement und/oder die Durchgangsbohrung optisch erfasst werden.
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Des Weiteren können die Symmetrie des Kontaktelementes bzw. -stiftes, insbesondere des Einsetzabschnittes, die parallel zur Einsteckrichtung gemessene Höhe der Schulter des Kontaktelementes und jeweilige Schrägen oder Grate am Kontaktelement erfasst werden. Durchmesser, Form und Position der Durchgangsbohrung, sowie Dicke etwaiger Metallbeschichtungen an der Durchgangsbohrung sowie Verlauf, insbesondere die senkrechte Ausrichtung der Durchgangsbohrung und/oder des Kontaktelementes relativ zur Oberfläche der Leiterplatte können überprüft werden. Die Wiederholbarkeit der Positionierung von Kontaktelement bezüglich Leiterplatte und/oder letztere bezüglich Werkzeug lässt sich verbessern, sodass sie beispielsweise in einem Bereich +/- 0,01 Millimeter liegen kann.
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Ferner brauchen zur Anwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafter Weise keinerlei universellen Definitionen und/oder Bezugspunkte, wie beispielsweise Markierungen auf der Leiterplatte, vorgegeben und kontrolliert werden. Vielmehr kann erfindungsgemäßes Werkzeug und die Vorrichtung an der jeweiligen Durchgangsbohrung selber ausgerichtet werden. Eine Überprüfung des ordnungsgemäßen Sitzes des Kontaktelementes kann unter Bezug auf die jeweilige Durchgangsbohrung vorgenommen werden. Dazu kann beispielsweise der Mittelpunkt der Durchgangsbohrung herangezogen werden. Selbstverständlich können, wenn das gewünscht ist, zu Kontrollzwecken zusätzliche Markierungen bzw. Referenzbohrungen verwendet werden.
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Die erfindungsgemäßen Lösungen können mit den folgenden weiteren, jeweils für sich vorteilhaften Ausführungsformen beliebig kombiniert und weiter verbessert werden:
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Die Optikhalterung kann in einer Verlängerung der Öffnung angeordnet sein. Die Öffnung kann an einem Werkzeugende angeordnet sein. Als Alternative oder zusätzlich zum Einführen des Kontaktelements in das Werkzeug kann die Öffnung auch als Positionieröffnung zum Positionieren des Werkzeugs bzw. der Vorrichtung gegenüber der Leiterplatte verwendet werden, indem beispielsweise die jeweilige Durchgangsbohrung oder ein anderer Referenzpunkt optisch erfasst wird.
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Die Optikhalterung kann an einem Gehäusekörper des Werkzeugs angeordnet sein. Beispielsweise kann die Optikhalterung in den Gehäusekörper integriert sein. Im Gehäusekörper kann ein Abschnitt zur Aufnahme der Optikhalterung ausgestaltet sein. Alternativ kann die Optikhalterung vom Gehäusekörper umfasst sein. Innerhalb des Gehäusekörpers bzw. von diesem umgeben kann die Optikhalterung und somit eine daran befestigte Kameraoptik vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt aufgenommen sein.
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Das Werkzeug kann einen Werkzeugabschnitt zur Montage des Kontaktelements und einen Halteabschnitt zum Halten des Werkzeugabschnitts aufweisen, wobei die Optikhalterung am Halteabschnitt angeordnet sein kann. Die Optikhalterung kann an den Werkzeugabschnitt angrenzen oder in diesen übergehen. Somit kann die Optikhalterung bzw. eine darin aufgenommene Kameraoptik möglichst fortwährend mit dem Werkzeug bzw. dessen Halteabschnitt verbunden sein, wobei der Werkzeugabschnitt ausgetauscht werden kann, um diesen beispielsweise bei Verschleiß zu ersetzen oder durch Verwendung eines andersartigen Werkzeugabschnittes das Werkzeug für eine andere Aufgabe oder andersartige bzw. -dimensionierte Kontaktelemente verwenden zu können.
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Eine Aufnahme des Werkzeugs zum Aufnehmen des wenigstens einen Kontaktelements und/oder der Kameraoptik kann im Wesentlichen parallel zur Einsetzrichtung verlaufen, in der das Kontaktelement in die Leiterplatte einzusetzen ist. Somit lassen sich Kontaktelement und/oder Kameraoptik einfach präzise relativ zur Einsetzrichtung ausrichten. Beispielsweise können die Aufnahme und die Optikhalterung gemeinsam einen Kanal bilden. Die Optikhalterung kann in einer Verlängerung der Aufnahme angeordnet sein.
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Das Werkzeug kann einen Werkzeugkanal und die Optikhalterung kann einen Optikkanal ausbilden, wobei der Werkzeugkanal und der Optikkanal ineinander münden und/oder miteinander fluchten können. Somit lassen sich Werkzeugkanal und Optikkanal den jeweiligen Anforderungen gemäß ausgestalten und präzise zueinander ausrichten.
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Das Werkzeug kann eine Stützfläche zum Abstützen des Kontaktelements oder der Leiterplatte während des Einpressens aufweisen. Die Optikhalterung kann oberhalb bzw. unterhalb der Stützfläche angeordnet sein. Insbesondere im Falle eines als Setzfinger ausgestalteten Werkzeugs kann die Optikhalterung in Einsetzrichtung oberhalb der Stützfläche angeordnet sein. Die Stützfläche kann dazu ausgestaltet sein, wenigstens eine am Kontaktelement ausgeformte bzw. angebrachte Schulter entgegen der Einsetzrichtung abzustützen. Auch können dazu mehrere Stützflächen vorgesehen sein. Bei einem als Amboss ausgestalteten Werkzeug kann die Optikhalterung unterhalb der Stützfläche angeordnet sein, sodass die Leiterplatte auf der Stützfläche aufliegen kann. Eine Stützfläche am Amboss kann beispielsweise wenigstens abschnittsweise kreisförmig ausgestaltet sein, um die Leiterplatte möglichst gleichmäßig um die Durchgangsbohrung herum abstützen zu können.
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Eine Zugangsöffnung kann vorgesehen sein, über welche die Optikhalterung zugänglich ist, beispielsweise um von außerhalb des Werkzeugs die Optikhalterung zu erreichen. Beispielsweise kann die Zugangsöffnung seitlich am Werkzeug angeordnet sein und/oder senkrecht zur Einsetzrichtung verlaufen. Die Zugangsöffnung kann von der Stützfläche beabstandet angeordnet sein, sodass die Optikhalterung einfach von außen zugänglich angeordnet sein kann und/oder dass durch die Zugangsöffnung etwaige optische und/oder elektrische Leiter durch eine Wandung des Werkzeugs zur Optikhalterung geführt werden können, ohne in Nähe der Stützfläche störend zu wirken.
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Eine in Richtung zu einem Werkzeugende des Werkzeugs hin ausgerichtete Kameraoptik kann in der Optikhalterung gehalten sein. Bei der Kameraoptik kann es sich um eine Glasfaseroptik handeln. Die Verwendung von Glasfaseroptiken hat den Vorteil, dass diese beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von einem Millimeter oder weniger aufweisen und somit in Werkzeugen einsetzbar sein können, die selber beispielsweise einen Durchmesser von 3 Millimeter oder weniger aufweisen können. Bei der Verwendung einer Glasfaseroptik kann das zu erfassende Abbild durch eine Glasfaser bzw. ein Glasfaserkabel beispielsweise über die Zugangsöffnung aus dem Werkzeug herausgeführt werden.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die erfindungsgemäße Lösung beispielsweise dadurch weiter verbessert werden, dass wenigstens eine Verarbeitungseinrichtung zur digitalen Bilddatenverarbeitung vorgesehen ist, die signalübertragend mit dem Werkzeug verbunden ist. Somit kann eine Bildverarbeitung eines durch die Kameraoptik erfassten Abbildes unmittelbar an bzw. durch die Vorrichtung durchgeführt werden. Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Speichereinrichtung und/oder eine Steuereinrichtung umfassen. In der Speichereinrichtung können Soll- und Istdaten miteinander verglichen werden. Mit Hilfe der Steuereinrichtung kann beispielsweise eine Positionierung des Werkzeugs bzw. der Vorrichtung in Abhängigkeit von einem durch die Kameraoptik erfassten Abbild der Leiterplatte und/oder des Kontaktelements, also einem Positionierungsbild bzw. Prüfbild, vorgenommen werden.
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Die Vorrichtung kann wenigstens zwei Werkzeuge umfassen, wobei wenigstens eines der zwei Werkzeuge ein Setzfinger zum Halten des Kontaktelements und wenigstens ein weiteres der wenigstens zwei Werkzeuge ein Amboss zum Abstützen der Leiterplatte während des Einpressens sein kann. Die Werkzeuge können wenigstens zu einer Arbeitsebene der Vorrichtung, in welcher die Leiterplatte relativ zur Vorrichtung verfahrbar ausgestaltet sein kann, bewegungsstarr miteinander gekoppelt sein. Erfindungsgemäß kann eine Prüfkameraoptik in einer als Prüfoptikhalterung verwendeten Optikhalterung im Setzfinger insbesondere dabei helfen, den Einsetzvorgang zu überprüfen. Eine als Positionierungsoptikhalterung verwendete Optikhalterung am Amboss kann insbesondere dabei helfen, die Vorrichtung bzw. deren Werkzeuge bezüglich der Leiterplatte zu positionieren. Die beiden Werkzeuge können dazu bezüglich der Arbeitsebene gegenüberliegend bzw. oberhalb und unterhalb der Werkzeugebene angeordnet sein.
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Beim Verfahren lässt sich die erfindungsgemäße Lösung dadurch weiter verbessern, dass mittels des erfassten Kontaktpositionswerts und/oder Bohrungspositionswerts wenigstens ein Sollwert für eine nächste Kontaktposition und/oder nächste Bohrungsposition eines auf das eingepresste Kontaktelement folgenden als nächstes einzupressenden Kontaktelements berechnet wird. Somit kann von Kontaktelement zu Kontaktelement ein Steuerintervall definiert werden, innerhalb dem auf Basis des vorangegangenen Kontaktpositionswerts und/oder Bohrungspositionswerts die nächste Kontakt- bzw. Bohrungsposition angesteuert wird (Steuerung bzw. open loop). In der Gesamtheit aller Kontakt- bzw. Bohrungspositionen können die Steuerintervalle als Teil eines geschlossenen Regelkreises (Regelung bzw. closed loop) zur Regelung der Einpressvorgänge verwendet werden, wobei Soll- und Istpositionen miteinander abgeglichen werden können.
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Das Kontaktelement kann nach dem Einpressen und/oder während des Einpressens beobachtet werden. Nach dem Einpressen erfasste Kontaktpositionswerte können zur Überprüfung des ordnungsgemäßen Sitzes des Kontaktelements und darüber hinaus zur Steuerung bzw. Regelung von Werkzeug und Vorrichtung dienen. Während des Einpressens erfasste Kontaktpositionswerte können dazu verwendet werden, etwaige Soll-Wertabweichungen während des Einpressvorgangs zu erkennen und ggf. zu korrigieren.
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Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand möglicher Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Die bei diesen Ausführungsformen dargestellten Merkmalskombinationen dienen lediglich Anschauungszwecken. Einzelne Merkmale können nach Maßgabe ihrer oben beschriebenen Vorteile weggelassen werden, wenn es bei bestimmten Anwendungen auf den Vorteil des jeweiligen Merkmals nicht ankommt. In der Beschreibung der Ausführungsformen sind der Einfachheit halber gleiche Merkmale und Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Merkmale und Elemente mit einer gleichen oder zumindest ähnlichen Funktionalität weisen in der Regel die gleiche Bezugsnummer bzw. den gleichen Bezugsbuchstaben auf, die bzw. der zur Kennzeichnung einer weiteren Ausführungsform mit einem zusätzlichen Buchstaben bzw. einem Apostroph versehen sein kann.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen ersten Werkzeugs als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nebst Kontaktelement und Leiterplatte;
- 2 ein Detail I aus 1;
- 3 eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Werkzeugs als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nebst Kontaktelement und Leiterplatte;
- 4 eine schematische Draufsicht auf einen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durch ein erfindungsgemäßes Verfahren in eine Leiterplatte eingesetzten Kontaktelements; und
- 5 eine schematische Seitenansicht eines als Stiftkontakt ausgestalteten Kontaktelements.
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Zunächst wird eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 anhand 1 beschrieben, die ein erstes Werkzeug 1a in Form eines Setzfingers der Vorrichtung 1 in einer schematischen teilweise angeschnittenen Vorderansicht zeigt. Die Vorrichtung 1 und das Werkzeug 1a erstrecken mit ihren Längsachsen L1 bzw. L1a entlang einer Höhenrichtung Z sowie quer zur Höhenrichtung Z einer Längsrichtung X und einer Querrichtung Y. Die Längsrichtung X, die Querrichtung Y und die Höhenrichtung Z spannen gemeinsam ein kartesisches Koordinatensystem auf. Alle Erwähnungen von oberhalb oder unterhalb beziehen sich auf in bzw. entgegen der Höhenrichtung Z relativ zueinander angeordnete Elemente. Erwähnungen von links oder rechts beziehen sich auf entgegen bzw. in Längsrichtung X relativ zueinander angeordnete Elemente. Erwähnungen von vorne oder hinten beziehen sich auf entgegen bzw. in Querrichtung Y relativ zueinander angeordnete Elemente.
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Das erste Werkzeug 1a ist in der in 1 gezeigten Darstellung in einer sich parallel zur Längsrichtung X und Höhenrichtung Z erstreckenden Schnittebene entlang der Längsachse L1 der Vorrichtung sowie der Längsachse L1a des ersten Werkzeugs 1a teilweise angeschnitten. Das Werkzeug 1a besitzt einen Gehäuse- oder Grundkörper 2a, der einen Halteabschnitt 3a ausbildet. Am Halteabschnitt 3a ist ein Werkzeugabschnitt 4a aufgenommen bzw. gehalten. Der Gehäusekörper 2a bildet einen Innenraum 5a aus, in dem eine Optikhalterung 6a aufgenommen oder ausgeformt ist.
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Eine erste Kameraoptik 100a, beispielsweise Prüfkameraoptik, ist in der Optikhalterung 6a gehalten. Eine mit der Kameraoptik 100a verbundene Innenleitung 101a erstreckt sich oberhalb der Kameraoptik 100a von dieser durch den Innenraum 5a entlang der Längsachse L1a des Werkzeugs 1a weg und ist durch einen Gehäusekörper 2a ausgeformten Optikkanal 7a geführt, der ebenfalls parallel zur Längsachse L1a des Werkzeugs 1a verläuft. Der Optikkanal 7a mündet in eine seitliche Zugangsöffnung 8a, aus der eine Außenleitung 102a herausgeführt ist, die mit der Innenleitung 101a somit mit der Kameraoptik 100a leitend verbunden ist.
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In 1 ist des Weiteren ein Kontaktelement 200 in Form eines als Einpresskontakt ausgestalteten Stiftkontaktes gezeigt, der in eine Leiterplatte 300 angeordnet ist. Der Stiftkontakt 200 befindet sich unterhalb des Werkzeugs 1a und eine Längsachse L200 des Stiftkontakts 200 liegt auf der Längsachse L1a des Werkzeugs 1a. Der Stiftkontakt 200 ist von oben in einer parallel zur Höhenrichtung Z verlaufenden Einsetzrichtung G in die Leiterplatte 300 eingesetzt, die sich entlang einer parallel zur Längsrichtung X und Querrichtung Y verlaufenden Arbeitsebene A erstreckt.
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2 zeigt ein Detail I aus 1. Hier wird deutlich, dass die mit der Kameraoptik 100a verbundene Innenleitung 101a mithilfe eines beispielsweise kugelförmigen Fixierelements 103a im Innenraum 5a des Werkzeugs 1a oberhalb der Optikhalterung 6a befestigt ist. Ein schaftförmiger Haltebereich 104a der Kameraoptik 100a ist von der beispielsweise zylinderförmigen Optikhalterung 6a umfasst. Unterhalb des Haltebereichs 104a erstreckt sich ein Endabschnitt 105a der Kameraoptik 100a, welcher in eine ein unteres Ende der Kameraoptik 105a bildende Linse 106a der Kameraoptik mündet, die in einer am Werkzeug 1a vorgesehenen Fassung 9a fixiert ist. Die Fassung 9a kann beispielsweise an einem oberen Ende des Werkzeugabschnitts 4a ausgeformt sein.
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Ein Werkzeugkanal 10a erstreckt sich unterhalb der Fassung 9a in ein Einsetzrichtung E entlang seiner Längsachse L10a , die auf der Längsachse L1a des Werkzeugs liegen kann. Entlang des Werkzeugkanals 10a kann eine Greifeinrichtung 11a angeordnet sein, die dazu ausgestaltet ist, das Kontaktelement 200 zu greifen. An einem unteren Ende 12a des Werkzeugs 1a bzw. des Werkzeugabschnitts 4a mündet der Werkzeugkanal 10a in eine Öffnung 13a bzw. Aufnahmeöffnung zu einer Aufnahme 15a des Werkzeugs 1a für das Kontaktelement 200. Ferner kann das Werkzeug 1a eine Befestigungshilfe 16a zur Vereinfachung der Handhabung des Werkzeugs 1a bzw. dessen Befestigung an der Vorrichtung aufweisen (siehe 1).
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In 2 ist des Weiteren verdeutlicht, dass das Kontaktelement 200 einen Einpressabschnitt 201, einen Handhabungsabschnitt 202 und einen Kontaktabschnitt 203 aufweisen kann. Der Einpressabschnitt 201 kann eine in Einsetzrichtung E weisende untere Spitze des Kontaktelementes 200 ausbilden und eine parallel zur Einsetzrichtung E gemessene Länge l201 besitzen, die eine ebenfalls parallel zur Einsetzrichtung E gemessene Dicke d300 der Leiterplatte 300 bzw. eine parallel zur Einsetzrichtung E gemessene Länge l301 einer in der Leiterplatte 301 zur Aufnahme des Einpressabschnitts 201 ausgeformten Durchgangsbohrung 301 übersteigen kann, deren Längsachse L301 ebenfalls parallel zur Einsetzrichtung E verläuft. Der oberhalb des Einpressabschnitts 201 angeordnete bzw. am Kontaktelement 200 ausgeformte Handhabungsabschnitt 202 kann in Einsetzrichtung E weisende Anschläge 205 ausbilden, mit denen das Kontaktelement 201 auf einer Oberseite 302 der Leiterplatte 300 aufliegen kann. Entgegen der Einsetzrichtung E kann der Handhabungsabschnitt 202 Einpressschultern 206 ausbilden, an denen am unteren Ende 12a des Werkzeugs 1a vorgesehene Stützflächen 14a anliegen können, um eine in Einsetzrichtung E gerichtete Einpresskraft auf das Kontaktelement 200 zu übertragen. Am oberen Ende des beispielsweise schaftförmigen Kontaktabschnitts 203 kann das Kontaktelement eine obere Spitze 207 ausbilden, die ein Einführen des Kontaktelementes 200 in die Öffnung 13a sowie ein späteres Zusammenstecken des Kontaktelementes 200 mit einem Gegenkontaktelement (nicht gezeigt) in einer parallel zur Einsetzrichtung E verlaufenden Steckrichtung vereinfachen helfen kann.
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3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines weiteren bzw. zweiten erfindungsgemäß ausgestalteten Werkzeugs 1b in Form eines Amboss als Teil der Vorrichtung 1 in einer schematischen Querschnittsansicht. Das Werkzeug 1b kann einen weiteren Gehäuse- bzw. Grundkörper 2b besitzen, der einen weiteren Halteabschnitt 3b ausbilden kann, an dem ein weiterer Werkzeugabschnitt 4b gehalten bzw. aufgenommen sein kann. Der weitere Werkzeugabschnitt 4b kann sich oberhalb des weiteren Halteabschnitts 3b und diesem entgegen der Einsetzrichtung E weg erstrecken. Das weitere Werkzeug 1b kann einen weiteren Innenraum 5b ausbilden, in dem eine weitere Optikhalterung 6b vorgesehen sein kann. Ein weiterer Optikkanal 7b kann vorgesehen sein, durch den eine mit einer weiteren Kameraoptik 100b, bei der es sich um eine Positionierkameroptik handeln kann, weitere Innenleitung 101b geführt sein kann. Aus einer weiteren Zugangsöffnung 9b des weiteren Werkzeugs 1b kann eine mit der weiteren Innenleitung 101b verbundene weitere Außenleitung 102b aus dem weiteren Innenraum 5b bzw. dem weiteren Optikkanal 7b herausgeführt sein. Ein weiteres Fixierelement (nicht gezeigt) kann dazu dienen, die weitere Kameraoptik 100b bzw. den weiteren Innenleiter 101b am weiteren Werkzeug 1b zu fixieren. Ein weiterer Endabschnitt 105b der weiteren Kameraoptik 100b kann eine weitere Linse 106b ausbilden, die entgegen der Einsatzrichtung E entlang des weiteren Optikkanals 7b entlang eines weiteren Werkzeugkanals 10b ausgerichtet sein kann, der an einem oberen Ende 12b des weiteren Werkzeugs 1b in eine weitere Öffnung 13b bzw. Positionieröffnung 13b in einer weiteren Stützfläche 14b zu einer weiteren Aufnahme 14b für beispielsweise den Einpressabschnitt 201 des Kontaktelements 200 münden kann. Zur vereinfachten Handhabung des weiteren Werkzeugs 1b bzw. dessen Befestigung an der Vorrichtung kann eine weitere Befestigungshilfe 16b am Werkzeug 1b vorgesehen sein.
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Mithilfe der auf eine Unterseite 303 der Leiterplatte 300 gerichteten weiteren Kameraoptik 100b kann eine parallel zur Höhenrichtung Z bzw. Einsetzrichtung E verlaufende Längsachse L1b des weiteren Werkzeugs 1b und/oder Längsachse L10b des weiteren Werkzeugkanals 10b auf eine Längsachse L301 der Durchgangsbohrung 301 ausgerichtet werden. Dazu kann mittels der weiteren Kameraoptik 100b die Position der Durchgangsbohrung 301 bzw. deren Längsachse L301 optisch erfasst werden. Falls eine Sollabweichung Δ zwischen der Position des weiteren Werkzeugs 1b und der Durchgangsbohrung 301 besteht, kann diese mittels der weiteren Kameraoptik 100b erfasst und beispielsweise als eine allgemeine Differenz d1,300 zwischen der Sollposition der Vorrichtung 1 bezüglich der Sollposition der Leiterplatte 300 ausgedrückt werden.
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Ferner ist in 3 ersichtlich, dass die Kameraoptik 100a und/oder die weitere Kameraoptik 100b signalübertragend mit einer Datenverarbeitungseinheit 20 der Vorrichtung 1 verbunden sein kann. Die Datenverarbeitungseinheit 20 kann eine Verarbeitungseinrichtung 21 zur digitalen Bildverarbeitung, eine Speichereinrichtung 22 und/oder eine Steuereinrichtung 23 sowie darüber hinaus Ein- und Ausgabegeräte (nicht gezeigt) umfassen, mit deren Hilfe eine Bedienperson die Vorrichtung 1 steuern kann.
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4 zeigt ein in die Durchgangsbohrung 301 eingesetztes Kontaktelement 200 in einer schematischen Draufsicht, die beispielsweise durch die dem ersten Werkzeug 1a zugeordnete Kameraoptik 100a generiert sein kann. Beispielsweise können mithilfe der Kameraoptik 100a und der Datenverarbeitungseinheit 20 eine im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung X gemessene Breite b200 , eine im Wesentlichen unter einem 45 Grad Winkel zur Längsrichtung X sowie zur Querrichtung Y und senkrecht zur Höhenrichtung X gemessene diagonale Breite b'200 des Kontaktelementes 200 und/oder ein Durchmesser b301 der Durchgangsbohrung 301 in einer Projektion entlang der Höhenrichtung Z ermittelt werden. Daraus resultierend lassen sich beispielsweise parallel zur Längsrichtung X gemessene maximale Abstände d200,304,max und/oder d'200,304,max zwischen Außenseiten 209 des Kontaktelementes 200 und einem Innenumfang bzw. einer Wandung 304 der Durchgangsbohrung 301 ermitteln. Des Weiteren können minimale Abstände d200,304,min bzw. d'200,304,min zwischen etwaigen Kanten 209 des Kontaktelementes 200 und der Wandung 304 ermittelt werden. Ferner kann eine Position der Spitze 207 des Kontaktelementes ermittelt werden und insbesondere, ob sich die Spitze 207 innerhalb eines für das Kontaktelement 200 als Sollwert vorgegebenen Taumelkreises 210 befindet.
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5 zeigt das Kontaktelement 200 in einer schematischen Seitenansicht. Beispielsweise kann mithilfe der weiteren Kameraoptik 100b und der Datenverarbeitungseinheit 20 eine Breite b201 des Einpressabschnitts 201 in einer Projektion entlang der Höhenrichtung Z ermittelt werden. Auch ist es möglich beidseitig der Längsachse L200 des Kontaktelementes 200 einen Abstand dL,201 zwischen der Längsachse L und einer Außenkontur des Einpressabschnittes 201 zu ermitteln. Daraus können beiderseits des Einpressabschnittes 201 auf diesen bzw. von diesem ausgebildeten Federkörpern 211 einwirkende Druckkräfte F1 und F2 ermittelt werden. Anhand etwaiger Differenzen zwischen den beidseitig gemessenen Abständen dL,201 zwischen der Längsachse L200 , bei der es sich auch um die Längsachse L300 der Durchgangsbohrung 300 handeln kann und der Außenkontur des Einpressabschnittes 201 können Symmetrieabweichungen, beispielsweise bei den Federkörpern 211, ermittelt werden. Des Weiteren kann mithilfe der Kameraoptik 100a und weiteren Kameraoptik 100b sowie der Datenverarbeitungseinheit 20 ermittelt werden, ob die Einpressschultern 206 bzw. die Anschläge 205 beidseitig des Kontaktelementes 200 die gleiche im Wesentlichen parallel zur Höhenrichtung Z gemessene Höhe aufweisen oder ob hier Symmetrieabweichungen bzw. Beschädigungen, z. B. Schrägen zu erkennen sind.
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Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abweichungen von den oben beschriebenen Ausführungsformen möglich. So kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eine beliebige Anzahl den jeweiligen Anforderungen entsprechend ausgestalteter Werkzeuge 1a, 1b, beispielsweise in Form eines Setzfingers oder Amboss, Gehäuse bzw. Grundkörper 2a, 2b, Halteabschnitte 3a, 3b, Werkzeugabschnitte 4a, 4b, Innenräume 5a, 5b, Optikhalterungen 6a, 6b, Optikkanäle 7a, 7b, Zugangsöffnungen 8a, 8b, Fassungen 9a, 9b, Werkzeugkanäle 10a, 10b, Greifeinrichtungen 11a, Enden 12a, 12b, Öffnungen 13a, 13b, Stützflächen 14a, 14b, aufweisen, um eine beliebige Anzahl den jeweiligen Anforderungen gemäß ausgestalt- und angordenbar Prüf- und/oder Positionierkameraoptiken 100a, 100b zu halten bzw. aufzunehmen, die mit den jeweiligen anforderungsgemäß angeordneten und ausgestalteten Innenleitungen 100a, 100b, Außenleitungen 200a, 200b und/oder drahtlosen Verbindungsmöglichkeiten, wie funkbasierten Netzwerkverbindungen, mit Datenverarbeitungseinheiten 20 verbunden, sowie mit einer beliebigen Anzahl den jeweiligen Anforderungen gemäß ausgestalteten Fixierelementen 300a, Endabschnitte 105a, 105b und/oder Linsen 106a, 106b versehen sein können. Die Datenverarbeitungseinheiten 20 können in den jeweiligen Anforderungen gemäß Verarbeitungseinrichtungen 21, Speichereinrichtungen 22 und/oder Steuereinrichtungen 23 in beliebiger Form und Ausgestaltung beinhalten, um Signale von Kameraoptiken 100a, 100b aufzunehmen, wobei es sich bei den Signalen um optische und/oder elektrische Signale handeln kann.
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Mithilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sowie erfindungsgemäßen Werkzeugen 1a, 1b können Kontaktelemente 200 in einer beliebigen Form und Ausgestaltung gehandhabt werden, die den jeweiligen anforderungsgemäß ausgestaltete und angeordnete Einpressabschnitte 201, Handhabungsabschnitte 202, Kontaktabschnitte 203, untere Spitzen 204, Anschläge 205, Einpressschultern 206, Spitzen 207, Außenseiten 208, Kanten 209 und/oder Federköper 211 in beliebiger Form und Anzahl aufweisen können, um unter Einhaltung gewünschter Toleranzen, wie beispielsweise eines beliebig wählbaren Taumelkreises 210 in eine Leiterplatte 300 eingepresst zu werden, die den jeweiligen Anforderungen gemäß mit einer beliebigen Anzahl von Durchgangsbohrungen 301 mit anforderungsgemäß ausgestalteten Wandungen 304 versehen sein kann. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug 1a, 1b und entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren können also ebenso bei andersartig als hierin beschrieben ausgestalteten Kontaktelementen 200 verwendet werden, die z. B. runde, ovale, rechteckige und/oder unregelmäßige Querschnitte sowie beispielsweise verschiedene Materialdicken und/oder asymmetrische Abschnitte, insbesondere Handhabungsabschnitte 202 bzw. Schultern 206 aufweisen können.
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Bezugszeichenliste
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| Nr. |
Bezug |
|
Nr. |
Bezug |
| 1 |
Vorrichtung |
|
100a |
(Prüf-)Kameraoptik |
| 1a |
erstes Werkzeug (Setzfinger) |
100b |
weitere (Positionier-)Kameraoptik |
| 1b |
weiteres/zweites Werkzeug (Amboss) |
101a |
Innenleitung |
| 101b |
weitere Innenleitung |
| 2a |
Gehäuse-/Grundkörper |
102a |
Außenleitung |
| 2b |
weiteres Gehäuse / weiterer Grundkörper |
102b |
weitere Außenleitung |
| 103a |
Fixierelement |
| 3a |
Halteabschnitt |
104a |
Haltebereich |
| 3b |
weiterer Halteabschnitt |
105a |
Endabschnitt |
| 4a |
Werkzeuqabschnitt |
105b |
weiterer Endabschnitt |
| 4b |
weiterer Werkzeugabschnitt |
106a |
Linse |
| 5a |
Innenraum |
106b |
weitere Linse |
| 5b |
weiterer Innenraum |
|
|
| 6a |
Optikhalterung |
200 |
Kontaktelement / Stiftkontakt / Ein- |
| 6b |
weitere Optikhalterung |
|
presskontakt |
| 7a |
Optikkanal |
201 |
Einpressabschnitt |
| 7b |
weiterer Optikkanal |
202 |
Handhabungsabschnitt |
| 8a |
Zugangsöffnung |
203 |
Kontaktabschnitt |
| 8b |
weitere Zugangsöffnung |
204 |
Spitze |
| 9a |
Fassung |
208 |
Außenseite |
| 9b |
weitere Fassung |
209 |
Kante |
| 10a |
Werkzeugkanal |
210 |
Taumelkreis |
| 10b |
weiterer Werkzeugkanal |
|
|
| 11a |
Greifeinrichtung |
300 |
Leiterplatte |
| 12a |
unteres Ende |
301 |
Durchgangsbohrung |
| 12b |
oberes Ende |
302 |
Oberseite |
| 13a |
(Aufnahme-)Öffnung |
303 |
Unterseite |
| 13b |
(Positionier-)Öffnung |
304 |
Wandung / Innenumfang |
| 14a |
Stützfläche |
|
|
| 14b |
weitere Stützfläche |
|
|
| 15a |
Aufnahme |
A |
Arbeitsebene |
| 15b |
weitere Aufnahme |
E |
Einsetz-/Einpressrichtung |
| 16a |
Werkzeughalterung |
Δ |
Sollabweichunq |
| 16b |
weitere Werkzeughalterung |
d1,200 |
Abstand Vorrichtung zur Leiterplatte |
| |
|
d200,304,max |
maximaler Abstand Kontaktelement zu Durchgangsbohrung (seitlich) |
| 20 |
Datenverarbeitungseinheit |
| 21 |
Verarbeitungseinrichtung |
d200,304,min |
minimaler Abstand Kontaktelement zu Durchgangsbohrung (quer) |
| 22 |
Speichereinrichtung |
| 23 |
Steuereinrichtung |
dL,201 |
Abstand Außenseite Einpressabschnitt zu Längsachse |
| |
|
| |
|
I201 |
Länge Einpressabschnitt |
| |
|
I202 |
Länge Handhabungsabschnitt |
| |
|
I203 |
Länge Kontaktabschnitt |
| |
|
d300 |
Dicke der Leiterplate |
| Nr. |
Bezug |
| I201 |
Länge des Einpressabschnitts |
| I301 |
Länge der Durchgangsborhung |
| b200 |
Breite des Kontaktelements (seitlich) |
| b'200 |
Breite des Kontaktelements (quer) |
| b201 |
Breite Einpressabschnitt |
| |
|
| X |
Längsrichtung |
| Y |
Querrichtung |
| Z |
Höhenrichtung |
