DE10348191A1

DE10348191A1 - Spindelantrieb für hohe Beschleunigungen und Verfahren zur Spindelbewegung

Info

Publication number: DE10348191A1
Application number: DE10348191A
Authority: DE
Inventors: Koenraad Alexander Gieskes; Stanislaw Wladsylaw Janisiewicz; Daniel Joseph Hibbard; Darrin Michael Weiss
Original assignee: Delaware Capital Formation Inc; Capital Formation Inc
Current assignee: Ui Holding Co Conklin Ny Us
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: SE524695C2; DE10348191B4; CN1505468A; SE0302768L; US6848338B1; KR20040034508A; KR100605080B1; CN1328938C; DE10348191A8; JP4714409B2; SE0302768D0; JP2004282010A

Abstract

Vorrichtung zum Bewegen einer Spindel entlang einer Längsachse, wobei die Vorrichtung eine Spindel aufweist, ein Antriebselement zum Bewegen der Spindel über eine Wegstrecke entlang der Längsachse in eine erste Richtung, eine Feder zum Aufbringen einer ersten Kraft in Verbindung mit einer zweiten Kraft auf die Spindel in die erste Richtung, ein Anschlagelement, welches so eingerichtet ist, daß es die zweite Kraft entkoppelt, so daß, wenn sich die Spindel in einem ersten Abschnitt auf der Wegstrecke befindet, die erste Kraft gemeinsam mit der zweiten Kraft auf die Spindel ausgeübt wird, und wenn sich die Spindel innerhalb eines zweiten Abschnitts der Wegstrecke befindet, das Anschlagelement die zweite Kraft abkoppelt, so daß nur die erste Kraft auf die Spindel ausgeübt wird.

Description

1. Bereich der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestückungsvorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung derselben und inbesondere ein Verfahren zum Antrieb einer Spindel mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit.
2. Beschreibung verwandter Technik:
Die vorliegende Erfindung betrifft vorwiegend jedoch nicht ausschließlich Maschinen, die im Elektronikmontagebereich als Bestückungsmaschinen bekannt sind. Bei einer Bestückungsmaschine wird eine an einem Bestückungskopf angebrachte Spindel in Berührung mit einem Chip oder einem anderen Elektronikbauteil gebracht, um den Chip oder das Bauteil aufzunehmen. Die Spindelanordnung wird dann an eine andere Stelle bewegt, an der der von der Spindel aufgenommene Chip oder das Bauteil an einer entsprechenden Stelle zur Montage plaziert wird. Um die Montagezeit zu minimieren, wird angestrebt, die Spindelanordnung mit der maximal praktikablen Geschwindigkeit in Richtung der Z- oder Vertikalachse zu bewegen.
Bei herkömmlichen Maschinen kann die Spindel den Chip oder das Bauteil mit einer so hohen Geschwindigkeit berühren, daß der Chip oder das Bauteil möglicherweise beschädigt wird, wenn die Spindel zu schnell in Z-Richtung bewegt wird.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Spindelantriebsanordnung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Spindel in Richtung der Z-Achse mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen, ohne einen von der Spindel aufzunehmenden oder zu plazierenden Chip oder ein entsprechendes Bauteil zu beschädigen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spindelantriebsanordnung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, die auf die Spindel ausgeübte Kraft zu variieren, um die Beschleunigung und Verzögerung der Spindel zu kontrollieren damit die Spindelgeschwindigkeit ohne Beschädigung irgendwelcher Bauteile maximiert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spindelantriebsanordnung bereitzustellen, die erfassen kann, wenn die Spindel mit dem aufzunehmenden Chip oder dem aufzunehmenden Bauteil in Berührung kommt, so daß ein entsprechendes Signal an die Spindelantriebsanordnung abgegeben werden kann, das dazu verwendet werden kann, die Bewegung der Spindel in Richtung der Z-Achse zu steuern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spindelantriebsanordnung bereitzustellen, die erkennen kann, wenn die einen Chip oder ein Bauteil haltende Spindel in Berührung mit der Fläche auf der der Chip zu plazieren ist, so daß ein entsprechendes Signal an die Spindelantriebsanordnung abgegeben werden kann, das dazu dient, die Bewegung der Spindel in Richtung der Z-Achse zu steuern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Bewegen der Spindel entlang der Längsachse eine Spindel, ein Antriebselement zum Bewegen der Spindel über eine bestimmte Wegstrecke entlang der Längsachse in eine erste Richtung, eine Einrichtung zum Ausbringen einer ersten Kraft in Kombination mit einer zweiten Kraft auf die Spindel in eine erste Richtung, einem Anschlagelement, das so eingerichtet ist, daß es die zweite Kraft entkoppelt, so daß, wenn sich die Spindel in einem ersten Abschnitt der Wegstrecke befindet, die erste Kraft zusammen mit der zweiten Kraft auf die Spindel in Kombination ausgeübt wird, und wenn sich die Spindel in einem zweiten Abschnitt der Wegstrecke befindet, das Anschlagelement die zweite Kraft so abkoppelt, daß nur die erste Kraft auf die Spindel ausgeübt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt die Spindelantriebsanordnung eine Spindel; ein Spindelantriebselement, das zur Bewegung aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung über eine Wegstrecke angebracht ist, eine erste Feder, die mit einer ersten Kraft entweder direkt oder indirekt auf die Spindel drückt, eine zweite Feder, die entweder direkt oder indirekt mit einer zweiten Kraft auf die Spindel in der Spindelantriebsanordnung drückt, und ein Anschlagelement, das so angeordnet ist, daß es die Kraft der zweiten Feder begrenzt, so daß, wenn sich das Antriebselement innerhalb eines ersten Abschnitts der Wegstrecke befindet, die erste und die zweite Feder ihre Kräfte auf die Spindel ausüben, und wenn sich das Antriebselement in einem zweiten Abschnitt der Wegstrecke befindet, das Anschlagelement die Wirkung der zweiten Feder beschränkt, um die durch die zweite Feder auf die Spindel aufgebrachte Kraft zu vermindern oder zu eliminieren, um die gesamte auf die Spindel ausgeübte Kraft zu verringern, wobei die Bewegung des Antriebselements die Spindel antreibt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Bewegen einer Spindel entlang der Längsachse, umfassend das Beschleunigen der Spindel mit einem Antriebselement über eine Wegstrecke entlang der Längsachse, das Aufbringen einer ersten und einer zweiten Kraft auf die Spindel, entweder direkt oder indirekt, während der Spindelbeschleunigung über einen ersten Abschnitt der Wegstrecke, um jeglichem Widerstand der Spindel gegen die Beschleunigung entgegen zu wirken, das Abkoppeln der zweiten Kraft, nachdem die Spindel den ersten Abschnitt der Wegstrecke passiert hat, und das Aufbringen nur der ersten Kraft auf die Spindel, entweder direkt oder indirekt, während der Beschleunigung der Spindel über einen zweiten Abschnitt der Wegstrecke.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Spindelantriebsanordnung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittdarstellung eines Bestückungskopfes gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist die perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Antrieb der Spindel gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine detaillierte Ansicht eines Ausschnitts aus 3.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Antrieb der Spindel gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Diagramm, das die Beschleunigung und Geschwindigkeit der Spindel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, welches die Geschwindigkeit des Antriebsarms und der Spindel in einem Ausführungsbeispiel zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bestückungsvorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Die Bestückungsvorrichtung 10 kann in einer Bestückungsmaschine verwendet werden, die elektronische Bauteile aufnimmt und diese während eines Montagevorgangs an den gewünschten Stellen plaziert.
Die Bestückungsvorrichtung 10 umfaßt einen hinteren Teil 16 und einen vorderen Teil 18 eines Bestückungs-Vorrichtungsrahmens. Zwischen dem vorderen und hinteren Teil 16, 18 des Bestückungs-vorrichtungsrahmens ist eine Rotationsspindelhalterung 20 angeordnet.
Die Rotationsspindelhalterung 20 umfaßt mehrere daran befestigte Bestückungsköpfe 12. Ein Motor 22 ist vorgesehen, um die Rotationsspindelhalterung 20 relativ zum Bestückungs-Vorrichtungsrahmen 16, 18 anzutreiben.
Im vorderen Teil der Bestückungsvorrichtung 10 ist eine Spindelantriebsbaugruppe 14 angeordnet. Die 3 bis 5 zeigen detailliertere Ansichten der Spindelantriebsbaugruppe 14.
Ein Bestückungskopf 12 ist in den 2 bis 5 dargestellt. Der Bestückungskopf 12 umfaßt ein Bestückungskopfgehäuse 24, welches die Spindel 26 aufnimmt. Im Bestükkungsgehäuse 24 ist eine untere Federführung 28 enthalten. Zwei Schäfte 29, von denen nur eine in den Zeichnungen dargestellt ist, führen einen Spindelbaugruppenkopf 34 relativ zum Bestückungskopfgehäuse 24, und zwar so, daß sich der Spindelbaugruppenkopf 34 entlang der Längsachsen der Schäfte 29 zum Bestückungskopfgehäuse 24 hin und von diesem wegbewegen kann.
Am unteren Ende des Spindelbaugruppenkopfes 34 befindet sich eine obere Federhalterung 30. Eine Feder 32 ist zwischen der unteren Federhalterung 28 und der oberen Federhalterung 30 angeordnet, und zwar so, daß sie den Spindelbaugruppenkopf 34 vom Bestückungskopfgehäuse 24 wegdrückt.
Der Spindelbaugruppenkopf 34 weist außerdem einen Spindelkopplungsflansch 36 auf. Der Spindelkopplungsflansch 36 ragt in eine Bohrung 37 im Spindelbaugruppenkopf 34, in dem die Spindel 26 verschieblich angebracht ist. Ein Rücksprung 38 in der Spindel 26 definiert einen oberen Vorsprung 40 und einen unteren Vorsprung 42 des Spindelrücksprungs 38. Die Spindel 26 ist so im Bestückungskopfgehäuse 24 und im Spindelbaugruppenkopf 34 angeordnet, daß der Spindelkopplungsflansch 36 zwischen dem oberen und unteren Rücksprung 40, 42 des Spindelrücksprungs 38 eingeschlossen ist.
Der Spindelrücksprung 38 ermöglicht eine Längsbewegung der Spindel 26 bezüglich des Spindelbaugruppenkopfes 34. Der Spindelkopplungsflansch begrenzt jedoch die Relativbewegung der Spindel bezüglich des Spindelbaugruppenkopfes 34.
An das Bestückungsgehäuse 24 angrenzend sind zwei Druckluftventile 48, 49 zur Steuerung des Luftdrucks vorgesehen. Eines der Druckluftventile ist mit einem Venturielement verbunden, welches einen Unterdruck erzeugt, der wahlweise an einer Luftleitung 50 innerhalb der Spindel 26 angelegt wird. Der Unterdruck dient dazu, Chips oder Bauteile aufzunehmen, die von der Bestückungsmaschine plaziert werden sollen. Das andere Druckluftventil wird verwendet, um den Luftdruck zu steuern, damit ein kleiner Luftstoß über die Luftleitung 50 an die Spindel abgegeben wird, um einen Chip aus dem Ende der Spindel 26 auszustoßen oder von diesem zu lösen.
Obwohl der dargestellte Bestückungskopf Druckluftventile 48, 49 verwendet, um den Unterdruck in der Spindel 26 zu steuern, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Vakuumspindeln begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen Gerätetypen verwendet werden, einschließlich Spindeln, die andere Haltemittel zur Aufnahme von Chips und Bauteilen verwenden.
Die Spindelantriebsbaugruppe 14 ist über einen Flansch 15 am vorderen Teil des Bestückungskopfrahmens 18 angebracht. Details eines Ausführungsbeispiels einer Spindelantriebsbaugruppe 14 sind in den 3 und 4 zu sehen.
Die Spindelantriebsbaugruppe 14 umfaßt einen Motor 60 zum Antrieb der Spindelbaugruppe. Der Motor 60 führt eine oszillierende Bewegung aus, vorzugsweise in einem Bereich von ca. 100°, obwohl auch andere Bereiche bei der vorliegenden Erfindung möglich sind. Der Motor 60 bewegt so die Antriebswelle 62 in oszillierender Weise. Die Antriebswelle 62 ist exzentrisch zur Rotationsachse des Motors 60.
Eine Antriebskurbel 64 ist drehfest an die Antriebswelle 62 gekoppelt. Entsprechend versetzt die Rotation der Antriebswelle 62 durch den Motor 60 die Antriebskurbel 64 in eine im wesentlichen vertikale Bewegung.
Der Motor 60 ist vorzugsweise über Schrauben am Spindelantriebsbaugruppenrahmen 70 befestigt. Der Flansch 15 über den die Spindelantriebsbaugruppe am vorderen Teil des Bestückungs-Vorrichtungsrahmens 18 befestigt ist, ist ebenfalls ein integraler Bestandteil des Spindelantriebsbaugruppenrahmens 70.
Ein Antriebsarm 72 ist schwenkbar über eine Schwenkbefestigung 68 am Spindelantriebsbaugruppenrahmen 70 angebracht. Zusätzlich ist ein unteres Ende der Antriebskurbel drehbar über eine Drehverbindung 66 mit dem Antriebsarm 72 verbunden. Entsprechend ergibt die oszillierende Hin- und Herbewegung des Motors 60 eine Auf- und Abbewegung des Antriebsarms 72.
Wie am besten in 1 erkennbar ist, verläuft die Spindelantriebsbaugruppe 14 durch eine Öffnung im vorderen Teil 18 des Bestückungskopfrahmens, so daß der Antriebsarm 72 an einen der Bestückungsköpfe 12 angrenzt. Das freie Ende 74 des Antriebsarms 72 ist so angeordnet, daß es die Oberseite 46 des Spindelbaugruppenkopfes 34 berührt.
Das freie Ende 74 des Antriebsarms 72 weist zusätzlich eine Bohrung zur Aufnahme eines Kontaktbolzens 76 auf. Der Kontaktbolzen 76 kann frei innerhalb der Bohrung gleiten. Ein Absatz 78 am Boden der Bohrung begrenzt den Weg des Kontaktbolzens 76 nach unten.
Eine erste Blattfeder oder ein Hebel 80 ist mit Befestigungsschrauben 84 am Antriebsarm 72 befestigt. Ein freies Ende der ersten Blattfeder 80 übt Druck auf den Kontaktbolzen 76 aus und drückt diesen gegen den Absatz 78. Die erste Blattfeder 80 übt einen Druck gegen den Kontaktbolzen 76 von etwa 0,5 bis 2,5 Newton, vorzugsweise etwa 1 bis 2 Newton und noch bevorzugter etwa 1,5 Newton aus. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die hier angegebenen Kraftbereiche beschränkt.
Ein Dehnmeßstreifen 90 ist an der ersten Blattfeder 80 angebracht, um eine Spannung, d.h. eine Biegung oder Ablenkung der ersten Blattfeder 80 bezüglich des Antriebsarms 72 zu messen.
Da die erste Blattfeder 80 relativ dünn und flexibel ist, ist eine zweite Blattfeder oder ein Hebel 82 daran angrenzend angebracht. Ein Ende der zweiten Blattfeder 82 ist an einen Flansch 86 an der Antriebskurbel 64 über Befestigungsschrauben 88 angebracht. Das entgegengesetzte Ende der zweiten Blattfeder 82 liegt auf der Oberseite der ersten Blattfeder 80 auf. Die zweite Blattfeder ist so angebracht, daß das freie Ende der zweiten Blattfeder 82 einen Druck auf die erste Blattfeder 80 ausübt und so die Kraft, die die erste Blattfeder auf den Kontaktbolzen 76 ausübt, erhöht. Die von der zweiten Blattfeder 82 auf die erste Blattfeder 80 ausgeübte Kraft beträgt etwa 1,5 bis 7,5 Newton, vorzugsweise 3 bis 6 Newton und noch bevorzugter etwa 5 Newton. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den angegebenen Kraftbereich beschränkt.
Wenn sich der Antriebsarm 72 im Aufwärtsbereich seines Arbeitszyklus befindet, liegt die zweite Blattfeder 82 auf der ersten Blattfeder 80 auf und erhöht so den von der ersten Blattfeder 80 auf den Kontaktbolzen 76 ausgeübte Kraft. Wenn sich jedoch der Antriebsarm 72 nach unten in den unteren Abschnitt seines Arbeitszyklus bewegt, berühren Flansche 93 an der zweiten Blattfeder Anschläge 92, die an der Antriebskurbel 64 befestigt sind. Während 3 und 4 nur einen Flansch 93 zeigen, ist in 1 erkennbar, daß die Antriebskurbel 64 eine Gabel 65 an ihrem unteren Ende aufweist. Die Anschläge 92 greifen an den Flansch 93 an und heben die zweite Blattfeder 82 von der ersten Blattfeder 80 während sich der Antriebsarm 72 und die erste Blattfeder 80 weiter nach unten bewegen. Entsprechend berührt die zweite Blattfeder 82 die erste Blattfeder 80 nicht im unteren Teil des Arbeitszyklus und übt so keinen zusätzlichen Druck auf die erste Blattfeder 80 aus.
6 ist ein Diagramm, das die Beschleunigung 102 und die Geschwindigkeit 104 der Spindel 26 zeigt. Im dargestellten Arbeitszyklus steigen Beschleunigung und Geschwindigkeit im ersten Abschnitt des Arbeitszyklus auf etwa 57,1 g an. Nach etwa 0,006 Sekunden fällt die Beschleunigung von 57,1 g auf etwa -40,9 g. Nach etwa 0,013 Sekunden ist die Geschwindigkeit der Spindel 26 bei Null.
Die Geschwindigkeit des Antriebsarms 72 im Vergleich zur Spindel 26 ist in 7 zu sehen. 7 zeigt, daß nach etwa 0,012 Sekunden in einem beispielhaften Arbeitszyklus die untere Spitze der Spindel 26 das aufzunehmende Bauteil berührt. Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Geschwindigkeit der Spindel 26 auf Null, während sich der Antriebsarm 72 für eine kurze Zeitspanne weiter nach unten bewegt. Die fortgesetzte Abwärtsbewegung des Antriebsarms 72 wird durch den Rücksprung 38 in der Spindel 26 ermöglicht.
Im Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtmasse der Spindel und der Düse an ihrem Ende etwa 8,9 Gramm und die Masse des Kontaktbolzens etwa 1,09 Gramm. Die ausgeübte Kraft der ersten Blattfeder 80 auf den Kontaktbolzen 76 beträgt etwa 150 Gramm und die durch die zweite Blattfeder 82 ausgeübte Kraft beträgt etwa 500 Gramm.
Die erforderliche Kraft, um die Spindel 26 auf etwa 57,1 g zu beschleunigen, beträgt etwa 560,4 Gramm, d.h. die Masse 9,99 Gramm multipliziert mit einer Beschleunigung von 57,1 g. Entsprechend reicht die durch beide Blattfedern 80, 82 ausgeübte Kraft aus, um die Spindel auf etwa 57,1 g zu beschleunigen. Wenn jedoch nur die erste Blattfeder 80 wirkt, kann die Spindel 26 nur auf etwa 16 g beschleunigt werden, d.h. die Kraft von 160 Gramm (die Kraft der ersten Blattfeder und das Gewicht der Spindel) dividiert durch die Masse der Spindel (9,99 Gramm). Damit wird die erste Blattfeder 80 mit etwa 16 g abgelenkt, wenn nur die erste Blattfeder 80 wirkt.
Während das Ausführungsbeispiel nur zwei Flansche und zwei Anschläge offenbart, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Alternative Ausführungen mit einem oder mehreren Anschlägen und Flanschen sind verwendbar.
Um die Spindel 26 zur Berührung eines durch die Spindel 26 aufzunehmenden Chips oder eines Bauteils abzusenken, treibt der Motor 60 die Antriebskurbel 64 an, die den Antriebsarm 72 so bewegt, daß das freie Ende 74 des Antriebsarms 72 die Oberseite 46 des Spindelbaugruppenkopfes 34 berührt. Wenn der Antriebsarm 72 nach unten schwenkt, drückt das freie Ende 74 den Spindelbaugruppenkopf 34 nach unten. Dieser Vorgang ermöglicht die Abwärtsbewegung der Spindel 26. Gleichzeitig drücken die erste Blattfeder 80 und die zweite Blattfeder 82 den Kontaktbolzen 76 gegen die Oberseite 44 der Spindel und drücken so die Spindel 26 gleichzeitig mit dem Spindelbaugruppenkopf 34 nach unten. Der Abwärtsdruck auf die Spindel 26 überwindet die Trägheit der Spindel 26 und ermöglicht, daß sich die Spindel 26 mit einer hohen Beschleunigungsrate nach unten bewegt.
Nachdem sich das freie Ende 74 des Antriebsarms 72 um etwa 5 mm nach unten bewegt hat, berühren die Flansche 93 der zweiten Blattfeder 82 die Anschläge 92. Die Anschläge 92 heben dann die zweite Blattfeder 82 von der ersten Blattfeder 80 ab und heben so den Druck auf, den die zweite Blattfeder 82 auf die erste Blattfeder 80 ausübt. Für den verbleibenden Abwärtshub des Antriebsarms 72 drückt nur die erste Blattfeder 80 den Kontaktbolzen 76 gegen die Oberseite 44 der Spindel 26.
Im Ausführungsbeispiel wird der erste Teil des Hubs, d.h. die ersten 5 Millimeter hier als erster Abschnitt des Hubs bezeichnet. Der verbleibende Teil des Abwärtsabschnitts des Hubs wird als zweiter Abschnitt des Hubs bezeichnet.
Wenn das untere Ende der Spindel 26 den Chip oder das aufzunehmende Bauteil berührt, wird die Abwärtsbewegung der Spindel 26 gestoppt. Gleichzeitig kann das freie Ende 74 des Antriebsarms 72 den Spindelbaugruppenkopf 34 weiter nach unten drücken. Da sich die Spindel 26 jedoch nicht weiter nach unten bewegt, hebt dieser den Kontaktbolzen 76 vom Befestigungsflansch 78 des Kontaktbolzens 76 ab. Eine solche Aufwärtsbewegung des Kontaktbolzens 76 relativ zum Antriebsarm 72 verursacht eine Ablenkung der ersten Blattfeder 80, die zu diesem Zeitpunkt nicht durch die zweite Blattfeder eingeschränkt wird. Die Ablenkung der ersten Blattfeder 80 wird durch den Dehnmeßstreifen 90 erfaßt, der sofort ein Signal an den Steuerungsrechner abgibt, der sowohl den Antriebsmotor 60 als auch andere Elemente der Spindelbaugruppe steuert.
Das Signal vom Dehnmeßstreifen 90 wird verwendet, um die Abwärtsbewegung des Antriebsarms 72 so zu steuern, so daß die Berührungskraft zwischen der Spindel und der Komponente während der Aufnahme der Komponente und die Berührungskraft zwischen der Spindel und dem Träger während der Plazierung des Bauteils gesteuert wird.
In einer anderen Ausführung ist die erste Blattfeder 80 so gestaltet, daß sie nur einen Teil des hervorstehenden Berührungsbolzens 76 berührt. Und die zweite Blattfeder 82 ist so gestaltet, daß sie einen anderen Teil des Berührungsbolzen 76 berührt. Ein Weg, um dies zu erreichen, besteht darin, daß ein Flansch um den Kontaktbolzen 76 herum angeordnet ist und sich in der ersten Blattfeder 80 eine Öffnung befindet. Der andere Teil des Kontaktbolzens 76 ragt durch die Öffnung in der ersten Blattfeder 80 und berührt direkt die zweite Blattfeder 82. Der Flansch des Kontaktbolzens 76 liegt an einem Absatz in der Öffnung der ersten Blattfeder 80 an. So können sowohl die erste als auch die zweite Blattfeder 80, 82 direkt mit dem Kontaktbolzen 76 in Berührung stehen, und die zweite Blattfeder 82 kann wie oben beschrieben während des zweiten Abschnitts des Arbeitszyklus durch die Verwendung der vorerwähnten Anschläge 92 und Flansche 93 oder durch einen anderen geeigneten Mechanismus vom Kontaktbolzen 76 abgehoben werden
Das System der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um die Spindel in zwei verschiedenen Modi anzutreiben, einem Niedrigkraftmodus und einem Hochkraftmodus. Im Niedrigkraftmodus wirkt nur die Kraft der ersten Blattfeder 80 über den Kontaktbolzen 76 auf die Spindel 26. In anderen Worten, die zweite Blattfeder 82 ist von der ersten Blattfeder 80 abgehoben und liefert keinen Beitrag zu der auf die Spindel 26 wirkende Kraft. Die Kraft ist also auf die durch die erste Blattfeder 80 erzeugte Komponente beschränkt und ist relativ niedrig.
Im Hochkraftmodus wirkt das freie Ende 74 des Antriebsarms 72 auf den Spindelbaugruppenkopf 34 und drückt diesen mit der über die Antriebskurbel 64 wirkenden Kraft des Motors 60 nach unten. Im Hochkraftmodus liegt der Flansch 36 innerhalb des Spindelbaugruppenkopfes 34 an dem unteren Absatz 42 des Spindelrücksprungs 38 an und bewegt die Spindel 26 mit der Kraft des Motors 60 nach unten. Der Hochkraftmodus kann dann verwendet werden, wenn z.B. Stifte an einem Bauteil in eine Fassung eingesetzt werden müssen.
Die Spindelantriebsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann also schnell die Spindel 26 in Eingriff mit dem Chip oder der aufzunehmenden Komponente bringen, wobei ein minimales Risiko besteht, daß der Chip oder die Komponente mit einer Kraft berührt wird, die den Chip oder das Bauteil beschädigen kann.
Das System der vorliegenden Erfindung kann zuerst in einem Lernzyklus betrieben werden, in dem das Steuerungssystem die Länge des Weges lernt, bevor die Spindel das Bauteil oder den Träger berührt. Die Geschwindigkeit des Motors kann so entsprechend gesteuert werden, um die Weggeschwindigkeit zu maximieren und die Zeit, die für jeden nachfolgenden Produktionszyklus erforderlich ist, zu minimieren.
In einem typischen Arbeitszyklus beträgt die Länge des Hubs, d.h, die Bewegung der Spindel, etwa 0,5 Zoll. Während etwa der ersten 0,2 Zoll befindet sich die Spindel in einem beschleunigten Zustand, für etwa die nächsten 0,1 Zoll wird die Spindel nicht weiter beschleunigt, aber bewegt sich mit maximaler Geschwindigkeit. Während der letzten 0,2 Zoll beginnt der Motor die Geschwindigkeit, mit der sich die Spindel bewegt, zu verzögern. Die angegebenen Strecken sind rein exemplarisch, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
In einer alternativen Ausführung kann der Kontaktbolzen entfallen, so daß die erste Feder eine Kraft direkt auf die Spindel ausübt. Eine solche Ausführung würde ein Antriebselement aufweisen, das zur Bewegung aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung über einen Bewegungsweg angebracht wäre, eine erste Feder, die auf eine Spindel in der Spindelantriebsanordnung mit einer ersten Kraft drückt, eine zweite Feder, die entweder direkt oder indirekt eine zweite Kraft auf die Spindel in der Spindelantriebsanordnung ausübt, und ein Anschlagelement, das so angeordnet ist, daß es die Kraft der zweiten Feder beschränkt, wobei die zweite Feder so angeordnet ist, daß, wenn das Antriebselement in einem ersten Abschnitt der Wegstrecke ist, die zweite Feder die zweite Kraft auf die Spindel ausübt, um so die auf die Spindel wirkende Gesamtkraft zu erhöhen, und wenn das Antriebselement in einem zweiten Abschnitt der Wegstrecke ist, das Anschlagelement die Wirkung der zweiten Feder beschränkt, um die durch die zweite Feder auf die Spindel ausgeübte Kraft zu reduzieren oder zu eliminieren, um so die auf die Spindel ausgeübte Gesamtkraft zu verringern, wobei die Bewegung des Antriebselements die Spindel antreibt.
In den oben angegebenen Ausführungsbeispielen wird die Spindel über einen schwenkbaren Antriebsarm 72 bewegt. Die Grundlagen der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch auf andere Ausführungen anwendbar. Beispielsweise kann in einer alternativen Ausführung die Spindel auch über ein In-Line-Antriebselement anstatt dem offenbarten schwenkbaren Antriebsarm 72 angetrieben werden. Das In-Line-Antriebselement kann ein System von Schraubenfedern oder anderen flexiblen Elementen verwenden, die die Funktion ausüben, die durch die Blattfedern in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden.
Beispielsweise kann in einer ein In-Line-Antriebselement verwendenden Ausführung eine erste Feder auf ein Kontaktelement im Antriebselement wirken, und das Kontaktelement auf die Spindel wirken. Die erste Feder kann eine Schraubenfeder oder eine andere Federart sein. Eine zweite Feder kann dann verwendet werden, um eine zweite Kraft entweder direkt auf das Kontaktelement auszuüben oder auf die erste Feder. Ein Anschlagmechanismus kann verwendet werden, um die Wirkung der zweiten Feder zu begrenzen.
Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf einen Bestückungskopf mit einer horizontalen Rotationsachse offenbart wurde, ist für den Fachmann klar, daß die vorliegende Erfindung auch in anderen Geräten Verwendung finden kann. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung ebenfalls in einer Bestückungsmaschine verwendet werden, die einen festen Revolverkopf-Chip-Shooter nach japanischer Bauart aufweist. In einem solchen Gerät hat der Bestückungskopf eine vertikale Rotationsachse und ein Z-Achsenantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist an einen hinteren Teil eines Bestückungskopfes befestigt, um eine Spindelbaugruppe anzutreiben, die an eine Bauteilzuführung angrenzt. Ein zweiter Z-Achsenantriebsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist an einen vorderen Teil des Bestückungskopfes angrenzend angebracht, um eine Spindelbaugruppe anzutreiben, die an einen Drehteller angrenzt, auf dem eine Komponente zu plazieren ist. Bei einer solchen Anordnung steuert ein Z-Achsenantriebsmechanismus die Aufnahme des Chips oder der Komponente, und ein zweiter Z-Achsenantriebsmechanismus steuert die Planierung des Chips oder der Komponente. Bei einem solchen System rotiert der Bestükkungskopf um die vertikale Achse, ist aber ansonsten fest. Die Komponentenzufuhr und die Vorrichtung zum Tellerhandling werden bewegt, um die richtige Ausrichtung der Zufuhr mit dem ersten Z-Achsenantriebsmechanismus zur Aufnahme sicherzustellen, und die korrekte Ausrichtung der PCB-Stellung bezüglich der Plazierung des zweiten Z-Achsenantriebsmechanismus sicherzustellen.
Während hier nur die Ausführungsbeispiele im Detail dargestellt und beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, daß viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der oben aufgeführten Lehren möglich sind und im Bereich der nachfolgenden Ansprüche liegen ohne den Geist und den beabsichtigten Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Vorrichtung zum Bewegen einer Spindel entlang einer Längsachse mit: einer Spindel; einem Antriebselement zum Bewegen der Spindel über eine Wegstrecke entlang der Längsachse in einer ersten Richtung; einer Einrichtung zum Aufbringen einer ersten Kraft in Verbindung mit einer zweiten Kraft auf die Spindel in die erste Richtung; ein Anschlagelement, welches dazu eingerichtet ist, die zweite Kraft zu entkoppeln, so daß, wenn sich die Spindel in einem ersten Abschnitt der Wegstrecke befindet, die erste Kraft zusammen mit der zweiten Kraft auf die Spindel ausgeübt wird, und wenn sich die Spindel in einem zweiten Abschnitt der Wegstrecke befindet, das Anschlagelement die zweite Kraft so abkoppelt, daß nur die erste Kraft auf die Spindel ausgeübt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Antriebselement die Spindel mit einer Beschleunigung bewegt, die 20 g übersteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spindel durch Ablenkung nur der ersten Kraft ortsfest bleiben kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Ablenkung der ersten Kraft ein maschinenlesbares Signal erzeugt, welches anzeigt, daß die Spindel ortsfest ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, zusätzlich aufweisend einen Dehnmeßstreifen zur Erzeugung eines maschinenlesbaren Signals, wenn die erste Kraft abgelenkt wird.
Eine Spindelantriebsanordnung mit: einer Spindel; einem Spindelantriebselement, welches zur Bewegung aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung über eine Wegstrecke angebracht ist; einer ersten Feder, welche entweder direkt oder indirekt mit einer ersten Kraft auf die Spindel drückt; einer zweiten Feder, welche entweder direkt oder indirekt mit einer zweiten Kraft auf die Spindel in der Spindelantriebsbaugruppe drückt; und einem Anschlagelement, welches so angeordnet ist, daß es die Kraft der zweiten Feder abkoppelt, so daß, wenn sich das Antriebselement in einem ersten Abschnitt der Wegstrecke befindet, die erste Feder und die zweite Feder Kräfte auf die Spindel ausüben und, wenn sich das Antriebselement in einer zweiten Stellung auf der Wegstrecke befindet, das Anschlagelement die durch die zweite Feder auf die Spindel aufgebrachte Kraft abkoppelt, wobei die Bewegung des Antriebselements die Spindel antreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Spindel mit einer Beschleunigung über 20 g auf dem ersten Abschnitt der Wegstrecke beschleunigt.
Verfahren zum Bewegen einer Spindel entlang einer Längsachse, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Beschleunigtes Bewegen der Spindel über den ersten Abschnitt der Wegstrecke entlang der Längsachse; Verzögertes Bewegen der Spindel über den zweiten Abschnitt der Wegstrecke entlang der Längsachse; Aufbringen einer ersten und zweiten Kraft auf die Spindel, entweder direkt oder indirekt, während der Spindelbeschleunigung, um jedem Widerstand der Spindel gegen die Beschleunigung entgegenzuwirken; Abkoppeln der zweiten Kraft; und Aufbringen nur der ersten Kraft auf die Spindel, entweder direkt oder indirekt, während der Spindelverzögerung.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei sich die Spindel mit einer Beschleunigung über 20 g auf dem ersten Abschnitt der Wegstrecke bewegt.