DE19508213A1 - Fügeüberprüfung - Google Patents

Description

Bei automatischen, mit einem Positioniergerät zum Einsetzen von Gegenstän­ den an eine gewünschte Einbausteile mit einem Greifer für den einzusetzenden Gegenstand vorgenommenen Fügehandlungen wie zum Beispiel dem Einset­ zen eines Drahtbausteins auf eine Leiterplatte oder dem Einsetzen eines Stif­ tes in ein Loch, kommt es immer wieder vor, daß das zu setzende Bauteil nicht gesetzt wird. Dies tritt auf, wenn beispielsweise das Bauteil auf dem Wege zum Einsetzort verlorengegangen oder verbogen worden ist.

Das Bestückungssystem führt aber meist ohne Kontrolle den Fügevorgang aus. Folglich kommt es häufig zu Fehlern beim Fügevorgang.

Aus der EP-A-350 850 ist eine Vorrichtung zum maschinellen Bestücken von Leiterplatten mit Bauelementen, bei welcher die Bauelemente mittels eines Greifers, der am äußeren Gelenkarm eines Roboters angebracht ist, von ihrer Bereitstellungsposition zur Bestückungsposition transportierbar und dort in die Leiterplatte einsetzbar sind, mit einer Vermessungseinrichtung zum optischen Vermessen der Bauelemente während ihres Transportes von der Bereitstel­ lungsposition zur Bestückungsposition, wobei das Vermessungsergebnis in die programmierbare Steuereinrichtung des Roboters eingegeben und in dieser bei der Bestückung berücksichtigt wird, bekannt.

Hierbei wird das Bauelement während seines Transportes von der Bereitstel­ lungsposition zur Bestückungsposition optisch vermessen. Dadurch werden verbogene Anschlußpins des Bauelements erkannt.

Allerdings ist der Einsatz einer Kamera kostenintensiv und bedarf einer auf­ wendigen Auswerteelektronik.

Aus der DE-A-19 13 258 ist eine Abfühleinrichtung zum Überprüfen der Be­ stückung von Bauelementträgern mit elektrische Bauelemente bzw. elektrische Schaltungen enthaltenden Halbleiterplättchen bekannt, deren Lage und Anzahl auf den Trägern festgelegt ist. Die Abfühleinrichtung weist einen zum Prüfob­ jekt senkrecht beweglichen Abfühlkopf auf, innerhalb dessen jedem der abzu­ fühlenden Halbleiterplättchen über der jeweiligen Abfühlstelle eine Abfühlein­ heit angeordnet ist, die aus einem federnden Pol eines Abfühlkontaktelementes besteht. Dessen fester Gegenpol ist mit den übrigen festen Gegenpolen leitend verbunden und ist einem senkrecht zum Bauelementträger axial beweglichen Abfühlstift zugeordnet. Dieser ist mit seinem der Abfühlspitze entgegengesetz­ ten Ende an einem Kopfteil, das unter dem Einfluß einer äußeren Federkraft den anliegenden federnden Abfühlkontaktpol gegen das Abfühlkopfgehäuse bzw. den zugehörigen Gegenpol vorspannt, starr gehaltert und befindet sich in dieser Lage in der ausgefahrenen Stellung, in der seine Abfühlspitze in einem definierten Distanzbereich zwischen den Oberflächenniveaus des Bauelemen­ tes und dessen Träger zu liegen kommt. Der Abfühlstift stellt der beim Aufset­ zen auf das abzufühlende Bauelement den federnden Pol des Abfühlkontakte­ lementes aus der einen, unter dem äußeren Federdruck eingenommenen, z. B. geschlossenen, Kontaktlage gegen den äußeren Federdruck in die entspre­ chend andere, z. B. offene Kontaktlage um.

Die Abfühleinrichtung kann aber nur Fehler nach der Bestückung und nicht während des Bestückungsvorgangs erkennen. Dies führt zu erheblichen Ko­ sten für die Nacharbeiten an der Leiterplatte. Außerdem müssen vorher die zu "prüfenden Elemente" definiert sein. Daher ist die Abfühleinrichtung nur bei großer Fertigungsstückzahl rentabel einsetzbar.

Aus der DE-U-85 30 818.8 ist eine Einrichtung zur automatischen Be­ stückungskontrolle von Leiterplatten, wobei die Leiterplatten mittels eines Bestückungs­ automaten mit bedrahteten oder unbedrahteten Bauteilen bestückt sind, und die Bestückungskontrolle vor dem Lötvorgang vorgenommen wird, be­ kannt.

Allerdings wird auch hier die Bestückungskontrolle erst nach und nicht während der Bestückung durchgeführt.

Aus der DE-A-41 15 782 ist eine Einrichtung zum Prüfen des Vorhandenseins von Setzstiften in einer Leiterplatte beim automatischen Einsetzen der Setzstif­ te mittels einer Stiftsetzmaschine bekannt, wobei die Einrichtung aus einem Unterwerkzeug, einer Leiterplatten-Aufnahme und -Führungseinrichtung, so­ wie einer Setzspindel mit Setzstempel (3) besteht.

Diese Einrichtung prüft den Einsetzvorgang unmittelbar nach dem Einpressen des Setzstiftes in die Leiterplatte.

Allerdings ist die Einrichtung aufwendig und kostenintensiv. Außerdem eignet sie sich nur für Setzstifte.

Aus der Offenlegungsschrift WO 87/00951 ist ein kombinierter Beschleuni­ gungs- und Drucksensor bekannt. Dieser Sensor liefert allerdings kontinuierlich differierende Werte und nicht wie gewünscht ein definiertes Ausgangssignal. Folglich müßte durch die Auswerteelektronik ein Druckpunkt definiert werden, der dann als Eingangssignal ausgewertet wird.

Dies führt aber zu einem höheren Aufwand, was wiederum zu einer Kostener­ höhung führt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 21 068 A1 ist ebenfalls ein Drucksensor bekannt, der aber ebenfalls nur kontinuierliche Werte liefert. Dieser Sensor ist daher ebenfalls für die Erfindung ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Abfragesystem zu entwickeln, das flexibel ein­ setzbar und bei unterschiedlichen einzusetzenden Gegenständen anwendbar ist, d. h. daß es nicht nur bei Bestückungsautomaten einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch das Positioniergerät mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Das Positioniergerät, genauer der Greifer des Positioniergerätes, wird mit ei­ nem Abfragesystem ausgestattet, das erkennt, ob der Fügevorgang korrekt ausgeführt worden ist.

Das Abfragesystem enthält einen Drucksensor, der bei einer vordefinierten Krafteinwirkung ein Eingangssignal für eine Auswerteelektronik des Abfrage­ system liefert. Die Auswerteelektronik gibt ihrerseits dann wieder Signale an die Steuerung des Positioniergeräts.

Der Sensor besteht aus drei wesentlichen Komponenten, nämlich einem Hall­ sensor, der das Auswertesignal für die Auswerteelektronik liefert, wenn er schaltet, einem schwachen Magneten, der, wenn er dem Hallsensor zu nahe kommt, diesen aktiviert, und einer Feder, die eine Vorspannung erzeugt und den Hallsensor, wenn keine äußeren Kräfte, die größer als die Vorspannung der Feder sind, auf den Sensor einwirken, von dem Magneten entfernt hält, so daß dieser nicht aktiviert wird. Durch die verschiedenen Federhärten der ein­ setzbaren Federn läßt sich der Druckpunkt, d. h. der Schaltpunkt des Hallsen­ sors und damit des gesamten Sensors in einem großen Bereich variieren. Für den hier realisierten Fall ist ein Druckpunkt von 20 N gut geeignet. Der Hall­ sensor ist mit einem Kabel nach außen verbunden.

Obengenannte drei Teile sind kompakt in einem zweiteiligen Gehäuse zusam­ mengebaut.

Der Sensor ist zwischen dem Werkzeug des Positioniergeräts und dem Greifer des Positioniergeräts eingebaut, das Kabel des Hallsensor ist mit der Auswer­ teelektronik verbunden, die ihrerseits wiederum mit der Steuerungselektronik des Positioniergerätes verbunden ist.

Hat das Positioniergerät das zu fügende Bauteil aufgenommen und zum Ein­ setzort gebracht, beginnt die Fügeüberprüfung zu arbeiten.

Die Überprüfung wird in zwei Zeitbereiche aufgeteilt, nämlich dem Schritt 1, dem Zeitpunkt unmittelbar zu Beginn des Einsetzvorgangs und dem Schritt 2, dem Zeitpunkt kurz vor Beendigung des Einsetzvorgangs.

Schritt 1

Setzt das Positioniergerät das Bauteil ein und entsteht beim Einsetzen des Bauteils ein Druck am Sensor, der so groß ist, daß der Hallsensor schaltet und ein Signal an die Auswerteelektronik sendet, so bedeutet dies, daß sich das einzufügende Bauteil nicht genau am Einfügeort befindet. Das einzufügende Bauteil befindet sich nicht über der vorgesehenen Einbaustelle, sondern liegt auf dem Einbauelement selbst auf. Eine Einfügung kann nicht erfolgen, der Einfügevorgang muß wiederholt oder abgebrochen werden. Die Auswerteelek­ tronik erkennt dies und gibt ein Signal an die Steuerungselektronik des Posi­ tioniergeräts, daß der Fügevorgang abgebrochen oder gegebenenfalls wieder­ holt werden muß. Im Falle der Wiederholung des Vorgangs empfiehlt es sich nach dreimaligem nacheinanderfolgenden Fehlschlagen des Fügevorgangs diesen endgültig abzubrechen und ein neues Bauteil holen und den Fügevor­ gang nochmals ausführen zu lassen. Scheitert dann auch nach dreimaligem Neuversuch der selbe Fügevorgang, so wird der gesamte Fügevorgang abge­ brochen und als defekt markiert. Es wird anschließend ein neues Fügeobjekt geholt.

Der Fügevorgang kann aber auch bereits nach einmaligem Fehlschlagen ab­ gebrochen und und als defekt markiert werden.

Entsteht aber kein Druck beim Einfügevorgang, so bedeutet dies, daß das ein­ zufügende Bauteil genau über die Einbausteile gebracht worden ist und dort eingesetzt wird. Der Sensor detektiert keine Krafteinwirkung und sendet daher kein Signal an die Auswerteelektronik, die ihrerseits kein Signal an die Steue­ rungselektronik des Positioniergerätes sendet. Daher wird der Fügevorgang fortgesetzt.

Schritt 2

Zum Ende des Einfügevorgangs wird nun das einzufügende Bauelement mit Druck fixiert. Diesen Druck nimmt der Sensor ebenfalls auf. Entsteht dieser Druck, so hat das Positioniergerät die Fügeaufgabe erfüllt und der nächste Ar­ beitsschritt kann eingeleitet werden, da der Sensor kein Signal an die Auswer­ teelektronik abgibt und die wiederum kein Signal an die Steuerungselektronik des Positioniergerätes abgibt. Entsteht aber kein Druck, so bedeutet dies, daß kein Bauteil mehr im Greifer des Positioniergerätes vorhanden ist, d. h. das Bauteil muß unterwegs verloren gegangen sein. Der Fügevorgang muß abge­ brochen werden. Die Auswerteelektronik, die zu diesem Zeitpunkt ein Signal des Sensors erwartet, welches aber ausbleibt, weist nun die Positioniersteue­ rungselektronik an, ein neues Bauteil zu holen und den Fügevorgang erneut durchzuführen.

Der Aufbau des Sensors wird anhand von Fig. 1, die einen Schnitt durch den Sensor zeigt näher erläutert.

Der durch 1 gekennzeichnete Hallsensor wird zusammen mit dem Magneten 2 und der Feder 3 in ein Gehäuse 4, das aus zwei Teilen besteht, eingebaut. Ein Stift 5, der zugleich Teil des Hallsensors 1 ist, und ein zweiter Stift 6, der Teil des Magneten 2 ist, ragen auf je einer Seite des Gehäuses 4 heraus. Drückt man nun gegen einen der Stifte 5, 6 mit einer größeren Kraft als der Vorspannung der Feder 3, bewegen sich der Hallsensor 1 und der Magnet 2 aufeinander zu und der Hallsensor 1 schaltet, wenn sich der Magnet 2 dem Hallsensor 1 nahe genug nähert.

Um den Sensor 12 besser handhaben zu können, wird der Sensor 12 zwischen zwei miteinander verbundene Platten 7 gelegt. Die Platten 7 haben zur Auf­ nahme des Sensors 12 jeweils eine für die Stifte 5 oder 6 passende Vertiefung 8. Die Platten 7 werden derart zusammengebaut, daß die Führungslöcher 9 mit Spiel gesteift werden.

Die Führungen 10 sind so lang gewählt, daß die festgeschraubten Muttern 11 aufliegen und die Platten nicht voneinander entfernt bewegt werden können. Das Spiel der Führung ermöglicht, daß die losen Platten 7 in Richtung Sensor gedrückt werden können.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, anstatt des Hallsen­ sors und des Magneten einen Drucksensor in das Gehäuse einzubauen und die Auswerteelektronik dementsprechend zu modifizieren.

Claims (8)

1. Positioniergerät zum Einsetzen von Gegenständen an eine gewünschte Einbausteile mit einem Greifer für den einzusetzenden Gegenstand dadurch gekennzeichnet, daß es ein Abfragesystem zur Überprüfung des korrekten Einsetzens des ein­ zusetzenden Gegenstandes aufweist, wobei das Abfragesystem einen Sensor (12) und eine Auswerteelektronik enthält.

2. Positioniergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (12) ein Drucksensor ist.

3. Positioniergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik beim Einsetzen eines Gegenstandes an der ge­ wünschten Einbaustelle den Einsetzvorgang zu zwei zeitlich einander nachfol­ genden Zeitpunkten überprüft und daß der der erste Überprüfungszeitpunkt zum Beginn des Einsetzvorganges definiert ist und daß der zweite Überprü­ fungszeitpunkt beim Fixieren des Gegenstandes definiert ist.

4. Positioniergerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik beim ersten Überprüfungszeitpunkt erkennt, ob der Sensor (12) ein Signal abgibt und daß die Auswerteelektronik beim zweiten Überprüfungszeitpunkt erkennt, ob der Sensor (12) kein Signal abgibt und daß die Auswerteelektronik, wenn im ersten Überprüfungszeitpunkt ein Signal des Sensors (12) vorhanden ist oder wenn im zweiten Überprüfungszeitpunkt kein Signal des Sensors (12) vorhanden ist, den Vorgang abbricht und als fehlerhaft markiert.

5. Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Hallsensor (1), einem Magneten (2) und einer Feder (3) be­ steht, die gemeinsam in einem Gehäuse (4) zusammengebaut sind und ein Stift (5), der zugleich Teil des Hallsensors (1) ist und ein Stift (6), der zugleich Teil des Magneten (2) ist, auf je einer Seite des Gehäuses (4) herausragen.

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkraft, die den Sensor (12) zum Auslösen bringt durch die Vor­ spannung der Feder (3) festgelegt ist und daher die Druckkraft des Sensors (12) in einem großen Bereich variabel gestaltet werden kann und daß zur bes­ seren Handhabbarkeit des Sensors (12) dieser zwischen zwei miteinander ver­ bundenen Platten (7) angeordnet ist und die Platten (7) zur Aufnahme des Sensors (12) jeweils eine für die Stifte (5, 6) passende Vertiefung (8) aufwei­ sen.

7. Verfahren zur Überprüfung von Einfügehandlungen eines Positioniergerätes zum Einfügen von Gegenständen an einem gewünschten Ort, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsetzen des Gegenstandes erkannt wird, ob eine hierbei auftreten­ de Druckkraft am Greifer des Positioniergerätes eine vorgegebene Druckkraft überschreitet, wodurch festgestellt wird, daß der einzufügende Gegenstand sich nicht in einer zum Einfügen geeigneten Position zur Einfügestelle befindet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem der einzufügende Gegenstand die gewünschten Einfügeposition erreicht hat, erkannt wird, ob beim Fixieren des Gegenstandes mit Druck eine Druckkraft am Greifer des Positioniergerätes entsteht, die eine vorgegebene Druckkraft übersteigt und dadurch festgestellt werden kann, daß der Gegen­ stand noch vorhanden ist und nicht bereits auf dem Weg zum gewünschten Einfügeort verlorengegangen ist.