DE10225424B4

DE10225424B4 - Bestückkopf mit einem Greifer für elektrische Bauelemente

Info

Publication number: DE10225424B4
Application number: DE10225424A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Mehdianpour
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2022-06-08
Also published as: DE10225424A1

Abstract

Bestückkopf (1) mit zumindest einem Greifer (2) für elektrische Bauelemente (3),
wobei der Greifer (2) mittels eines Hubantriebs senkrecht zu einer Arbeitsebene verschiebbar ist,
wobei der Greifer (2) mit dem Hubantrieb mittels einer schaltbaren Koppeleinrichtung verbunden ist, die ein vollständiges An- und/oder Abkoppeln des Greifers (2) an den Hubantrieb ermöglicht.
dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung wechselseitig am Hubantrieb und am Greifer (2) angeordnete, gegeneinander drückbare Koppelflächen aufweist, die sich im wesentlichen in der Hubrichtung erstrecken und die durch einen Aktor der Koppeleinrichtung in einer beliebigen Hubstellung des Greifers (2) reibschlüssig koppelbar bzw. entkoppelbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bestückkopf mit zumindest einem Greifer für elektrische Bauelemente, wobei der Greifer mittels eines Hubantriebs senkrecht zu einer Arbeitsebene verschiebbar ist.

Ein derartiger Bestückkopf ist z.B. durch die US 6247226 B bekannt geworden. Danach weist der Bestückkopf eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Greifern auf, die mittels einer Feder wahlweise gegen einen Stopper bzw. gegen ein gemeinsames Hubteil drückbar sind. Beim Absenken des Hubteils werden die vom Stopper freigegebenen Greifer zusammen mit diesem zur Leiterplatte hin abgesenkt, wohingegen die durch den Stopper blockierten Greifer zurückgehalten werden. Beim Anheben des Hubteils werden die abgesenkten Greifer wieder nach oben geschoben. Die Greifer bleiben somit stets mit der Antriebsfeder im Eingriff. Die Selektion der Greifer wird durch niedrigere bzw. höhere Gegenkräfte bewerkstelligt.

Ferner ist durch die EP 0664665 A ein Bestückkopf mit mehreren bekannt geworden, die mittels eines Kipphebels und eines Nockenantriebs betätigbar sind. Ein Ende des Kipphebels ist an einem beweglichen Lagerabgestützt, das durch einen Druckluftkolben in der Richtung der Nockenwelle anhebbar ist, wodurch der Kipphebel in den Eingriffsbereich eines Antriebsnockens der Nockenwelle gelangt. Dadurch ist es möglich, jeweils einen der Greifer zum Absenken zu selektieren und die anderen Greifer in ihrer oberen Hubstellung zu belassen.

Ferner ist sind durch die JP 03218096 A zwei benachbarte Bestückköpfe mit einer Vielzahl von Greifern bekannt geworden, deren Hubbewegung mittels Kipphebeln und je einer Antriebswelle mit Excenterscheiben erzeugt wird. Beide Nockenwellen sind durch einen gemeinsamen Motor über Schaltkupplungen wahlweise antreibbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerungsmöglichkeiten beim Hubantrieb des Greifers zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Durch das Abkoppeln des Greifers in einer beliebigen Hubstellung ist es möglich, den Greifer mittels des Hubantriebs besonders schnell zu beschleunigen und vor dem Aufsetzen auf die Leiterplatte freizugeben, so dass er mit einer dosierbaren Restgeschwindigkeit auf die Leiterplatte auftrifft und das Bauteil mit einer definierten Restenergie auf die Leiterplatte aufsetzt. Dadurch wird der Greifer von der Schwungmasse des Hubantriebs vollständig entkoppelt, so dass diese ohne Einfluss auf das Aufsetzen bleibt. Insbesondere ist es möglich, die Antriebscharakteristik dem jeweiligen Bauteil anzupassen und beispielsweise bei einem höheren Bauteil den Abkoppelvorgang früher einzuleiten. Nach dem Aufsetzen des Bauteils kann der Hubantrieb wieder ankoppeln und den Greifer definiert nach oben bewegen.

Durch die reibschlüssige Kopplung ist es möglich, den Koppelweg der Koppelflächen nahezu zu eliminieren. Der Koppelvorgang wird hier im Wesentlichen durch die Veränderung der Koppelkraft bewirkt. Nach dem Abschalten der Koppelkraft können die Koppelflächen ähnlich wie bei einer Scheibenbremse lose aneinander liegen, ohne voneinander abzuheben. Durch den geringen Koppelweg können die Koppelvorgänge in so kurzer Zeit stattfinden, dass der Greifer zeitlich sehr präzise betätigt werden kann. Ein besonderer Vorteil der reibschlüssigen Kopp lung besteht darin, dass die Reibelemente in ihrer Höhenlage eine genaue Zuordnung benötigen, wie dies bei einem Formschluss erforderlich wäre. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Greifer in seiner Aufsetzposition wieder angekoppelt werden soll. Nach jedem Hubzyklus kann eine genaue Ausrichtung der Koppelpartner dadurch erreicht werden, dass der Greifer zum Beispiel durch einen Anschlag in seiner oberen Stellung eine definierte Ausgangslage einnehmen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 gekennzeichnet.

Der Reibklotz nach Anspruch 2 kann z. B. aus einem Bremsenmaterial gebildet sein, das einen hohen Reibungskoeffizient bei hoher Formbeständigkeit aufweist.

Der Biegewandler nach Anspruch 3 ermöglicht einen einfachen Aufbau der Koppeleinrichtung und wegen des geringen Nutzhubs kann er so kurz gehalten sein, dass eine hohe Andrückkraft erzeugt werden kann.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 4 und 5 ermöglichen den Einsatz von standardisierten Aktoren, an deren Kennlinien die Geometrie der Koppelelemente angepasst werden können.

Durch die Weiterbildung nach den Ansprüchen 6 und 7 ist es möglich, die Andrückkraft soweit zu reduzieren, dass zwar der Greifer gekoppelt bleibt, dass aber z. B. beim Erreichen des oberen Anschlags ein Rutscheffekt möglich ist.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 8 werden die entkoppelten Greifer in einfacher Weise sicher in ihrer oberen Anschlagposition gehalten. Außerdem wird nach dem Loslassen des Greifers vor dem Aufsetzen ein Durchschwingeffekt erreicht, bei dem sich die Absenkgeschwindigkeit des Greifers progressiv reduziert. Durch genaue zeitliche Steuerung des Absenkvorganges kann somit dafür gesorgt werden, dass je nach Bauteiltyp die Restgeschwindigkeit beim Aufsetzen auf die Leiterplatte und damit die Restenergie so eingestellt werden kann, dass eine angepasste Aufsetzkraft entsprechend der Einrichtung nach Anspruch 9 erzeugt werden kann.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 10 ist es möglich, den Greifer in seiner unteren Stellung wieder anzukoppeln und in einer definierten Weise nach oben zu transportieren. Bestimmten Bauelementtypen können in der Aufsetzstellung auch für eine geforderte Andrückdauer festgehalten werden.

Die Koppeleinrichtung nach Anspruch 11 eignet sich ohne Zusatzaufwand auch dazu, einen Bestückkopf mit einer Vielzahl von Greifern zu versehen und diese wahlfrei mit der gemeinsamen Hubeinrichtung zu koppeln. Insbesondere beim Abholen von Bauelementen ist es bei passendem Greiferabstand nach Anspruch 12 möglich, mehrere der Greifer gleichzeitig abzusenken und somit mehrere der Bauelemente gleichzeitig den Zuführeinrichtungen zu entnehmen.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 13 werden die einzelnen Koppelelemente in einfacher Weise raum- und kostensparend ausgebildet.

Der Linearantrieb nach Anspruch 14 ermöglicht eine schnelle und präzise Positionierung der Greifer.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen Bestückkopf mit senkrecht verschiebbaren Greifern;
2 2 einen Längsschnitt durch den Bestückkopf nach 1;
3 ein Diagramm mit dem zeitlichen Ablauf einer Verschiebebewegung eines Greifers.
Der Bestückkopf 1 nach den 1 und 2 ist z. B. in einer stationären Führung eines Bestückautomaten in der Bewegungsrichtung X verschiebbar. Er ist mit Greifern 2 versehen, an deren unteren Enden elektrische Bauelemente 3 aus einer Zuführeinrichtung für die Bauelemente ansaugbar sind. Nachdem die Greifer 2 weitgehend mit den Bauelementen 3 belegt sind, kann der Bestückkopf 1 über eine Leiterplatte 4 verfahren werden und die Bauelemente an den dafür vorgesehenen Stellen aufsetzen.
Die Greifer 2 sind in einem Rahmen 5 des Bestückkopfs 1 in der Richtung Z senkrecht zur Leiterplatte 4 verschiebbar gelagert und durch Federn 6 in einer oberen Anschlagstellung gehalten. Ein für alle Greifer gemeinsames leistenförmiges Huborgan 7 erstreckt sich in der Reihenrichtung der Greifer 2 und ist mit einstückig freigeschnittenen zungenartigen Biegefedern 8 versehen, die vom Huborgan 7 aus im Wesentlichen in der Verschieberichtung Z kammartig nach unten ragen. Die relativ steifen Biegefedern 8 sind im Bereich der Einspannstelle in der Art eines Festköpergelenks geringfügig elastisch verbiegbar. An ihren freien Enden sind Reibklötze 9 angebracht, die lose an der Außenseite des im Querschnitt quadra tischen Greifers 2 anliegen. Bei anderen Gehäuseformen des Greifers 2 kann der als Formstück ausgebildete Reibklotz eine entsprechend angepasste Oberfläche aufweisen.
In das Huborgan 7 sind piezoelektrische Stapelaktoren 10 eingesetzt, die mit ihren freien Enden jeweils auf einem Absatz der geknickt verlaufenden Biegefedern 8 in der Fußnähe aufsitzen. Durch Bestromen eines der Stapelaktoren 10 wird der zugehörige Reibklotz 9 gegen den Greifer gedrückt, wobei die Reibungskraft die benötigte Antriebskraft zum Verschieben des Greifers 2 deutlich übertrifft. Durch Verwenden von speziellem Reibmaterial für den Reibklotz 9 kann der Reibungskoeffizient zwischen den Reibflächen soweit erhöht werden, so dass die Andrückkraft B entsprechend niedrig gehalten werden kann. Nach dem Abschalten des Stapelaktors 10 wird die Andrückkraft B so gering, dass die Reibungskraft deutlich niedriger ist als die Rückzugkraft der Feder 6. Dadurch ist sichergestellt, dass die ungekoppelten Greifer 2 stets in ihrer oberen Anschlagstellung verbleiben.
Das Huborgan 7 ist fest mit zwei Zahnriemen 11 verbunden, die sich im Koppelabschnitt in der Z-Richtung erstrecken und mittels eines Motors 12 in der Hubrichtung bewegt werden können, wobei das Huborgan 7 mit den Biegefedern 8 entsprechend auf und ab verschoben wird. Es ist aber auch möglich, den Zahnriemenantrieb durch einen Direktantrieb eines Linearmotors zu ersetzen.
3 zeigt den Bewegungsablauf einer Hubbewegung des Greifers 2 mit dem daran gehaltenen Bauelement 3, insbesondere den Verlauf der Geschwindigkeit v über der Zeit t. Zum Zeitpunkt t0 befindet sich der Greifer in seiner oberen Anschlagstellung, in der die Federkraft der Feder 6 geringfügig grö ßer ist als das Eigengewicht des Greifers 2. Der Reibklotz 9 ist mit der vollen Druckkraft P gegen den Greifer 2 gedrückt. Durch Betätigung des Hubantriebs wird nun der Greifer bis zum Zeitpunkt t1 auf die maximale Geschwindigkeit v1 beschleunigt. In diesem Moment wird die Druckkraft P abgeschaltet und der Greifer 2 freigegeben, der nun mit abnehmender Geschwindigkeit bis zum Aufsetzen auf der Leiterplatte 4 zum Zeitpunkt t2 durchschwingt. In diesem Moment ist die Geschwindigkeit v2 bereits auf ungefähr 1/4 der maximalen Geschwindigkeit v1 reduziert, wodurch sich die kinetische Restenergie auf 1/16 der maximalen Energie verringert hat. Das Bauelement 3 wird dadurch mit einer definierten Restenergie auf die Leiterplatte 4 aufgesetzt, wobei aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit des Greifers 2 und der Leiterplatte 4 die Aufsetzkraft ebenfalls auf ein unschädliches Maß reduziert ist. Danach kann die andere Kraft P des Reibklotzes 9 wieder angeschaltet werden und der Greifer 2 in die obere Anschlagstellung zurücktransportiert werden.

1: Bestückkopf
2: Greifer
3: Bauelement
4: Leiterplatte
5: Rahmen
6: Feder
7: Huborgan
8: Biegefeder
9: Reibklotz
10: Stapelaktor
11: Zahnriemen
12: Motor

Claims

Bestückkopf (1) mit zumindest einem Greifer (2) für elektrische Bauelemente (3), wobei der Greifer (2) mittels eines Hubantriebs senkrecht zu einer Arbeitsebene verschiebbar ist, wobei der Greifer (2) mit dem Hubantrieb mittels einer schaltbaren Koppeleinrichtung verbunden ist, die ein vollständiges An- und/oder Abkoppeln des Greifers (2) an den Hubantrieb ermöglicht. dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleinrichtung wechselseitig am Hubantrieb und am Greifer (2) angeordnete, gegeneinander drückbare Koppelflächen aufweist, die sich im wesentlichen in der Hubrichtung erstrecken und die durch einen Aktor der Koppeleinrichtung in einer beliebigen Hubstellung des Greifers (2) reibschlüssig koppelbar bzw. entkoppelbar sind.
Bestückkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Koppelflächen an einem Reibklotz (9) aus spezifischem Reibmaterial ausgebildet ist.
Bestückkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor als piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet ist, der sich in der Hubrichtung erstreckt und quer zu den Koppelflächen auslenkbar ist.
Bestückkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor als piezoelektrischer Stapelaktor (10) ausgebildet ist
Bestückkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelfläche am freien Ende eines schwenkbar ausgebildeten Koppelelements angeordnet ist and dass der Stapelaktor (10) in der Nähe einer Schwenkachse des Antriebselementes angeordnet ist.
Bestückkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement durch eine einseitig eingespannte freiragende Biegefeder (8) gebildet ist, die in ihrer Ruhelage von der Reibfläche entkoppelt ist.
Bestückkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückkraft der Reibflächen einstellbar ist.
Bestückkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (2) mit einer rückstellenden Feder (6) gekoppelt ist.
Bestückkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Greifers (2) mittels einer Wegmesseinrichtung kontrollierbar ist, dass der Greifer (2) auf eine definierte Geschwindigkeit beschleunigbar ist und dass die Andrückkraft in einer definierten Höhenlage des Bauelements (3) über einer Leiterplatte (4) abschaltbar ist.
Bestückkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückkraft unmittelbar nach dem Aufsetzen des Bauelements (3) auf die Leiterplatte (4) einschaltbar ist.
Bestückkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestückkopf mehrere der Greifer (2) aufweist, dass der Hubantrieb für zumindest eine Teilmenge der Greifer (2) ein in der Hubrichtung verschiebbares gemeinsames Huborgan (7) aufweist, das die den Greifern (2) zugeordneten, individuell steuerbaren Koppeleinrichtungen trägt.
Bestückkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Greifer (2) gleichzeitig mit dem Huborgan (7) koppelbar sind.
Bestückkopf nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifer (2) in einer Längsrichtung des Bestückkopfs aneinander gereiht sind und dass die freigeschnittenen Biegefedern (8) einstückig an dem leistenförmigen Huborgan (7) ausgebildet sind.
Bestückkopf einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Huborgan mit einem elektromotorischen Linearantrieb verbunden ist.