DE19707267A1 - Vorrichtung zum Herstellen von elektrischen Baugruppen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstel­ len von elektrischen Baugruppen, insbesondere zum Bestücken von Leiterplatten mit elektrischen Bauelementen, wobei die Vorrichtung ein Chassis mit zwei zueinander im wesentlichen parallelen linearen Längsführungen für zumindest zwei darauf verfahrbare z. B. balkenartige Wagen aufweist, die mit jeweils einem Querträger versehen sind, der eine zur Längsführung querstehende Querführung für zumindest einen darauf verfahr­ baren Bearbeitungskopf für die Baugruppe aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. durch die US 5,002,448 bekannt geworden. Danach sind die beiden balkenartigen Wagen an zwei zueinander parallelen Führungsschienen des Chassis geführt, wobei jeder Wagen auf einem Ende ein Doppellager aufweist, das der genauen Längsführung und der Einhaltung der Winkellage des Wagens gegenüber der Führungsschiene dient. Ein einfaches Lager auf der jeweils gegenüberliegenden Seite dient der Abstützung des Querträgers an dieser Führungsschie­ ne.

Das Einfachlager weist hier zwar auch Führungseigenschaften auf, die jedoch zu einer Überbestimmung des Lagersystems führen und dem Grunde nach nicht erforderlich sind. Die Lager sind hier einander derart zugeordnet, daß jeweils auf einer Seite ein Doppellager des ersten Wagens und auf der gegen­ überliegenden Seite das Einfachlager des anderen Wagens ange­ ordnet ist. Jedem der Doppellager ist eine Antriebseinheit zugeordnet, die den Wagen in der Richtung der Längsführung antreibt. Die beiden Querträger sind mit Querführungen verse­ hen, auf denen jeweils ein Dreifachbestückkopf verfahrbar ist, der zwischen einer Bauelementezuführung und einem Bear­ beitungsplatz des Chassis für die Baugruppe verfahrbar ist, um von den Bauteilezuführungen abgeholte Bauelemente bis zu deren Bestückplatz auf der Leiterplatte zu transportieren.

Geht man davon aus, daß das Einfachlager (wie z. B. nach der US 4,836,111) keine Führungs-, sondern lediglich eine Stütz­ funktion haben sollte, so kann definiert werden, daß jeder Wagen auf einer Seite an einer Längsführung geführt ist. So mit ragen die beiden Wagen von ihren Längsführungen aus zu den gegenüberliegenden Längsführungen, also in zueinander entgegengesetzter Richtung.

Ein Bestückplatz für eine Baugruppe befindet sich zwischen den beiden Längsführungen. Die beiden Wagen sind in ihrer Funktion derart aufeinander abgestimmt, daß sie jeweils wech­ selweise die Bauteile auf die Leiterplatte aufsetzen bzw. von den Bauteilezuführungen abholen.

Beispielsweise durch das EP 0 315 799 ist ein Bestückautomat für Leiterplatten bekannt geworden, bei dem der Bestückkopf als Revolverkopf zur gleichzeitigen Aufnahme von z. B. 12 Bau­ elementen ausgebildet ist. Dabei kann es vorkommen, daß die beiden Bestückköpfe, insbesondere bei größeren Leiterplatten gleichzeitig Bauelemente auf die Leiterplatte aufzusetzen und sich dabei gegenseitig behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestückleistung der Vorrichtung zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die Er­ findung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Bearbeitungsköpfe können derart unterschiedlich ausgebil­ det sein, daß sie sich nicht nur zum Bestücken, sondern auch zum Bügellöten, Messen, Prüfen oder Testen der Leiterplatte bzw. Baugruppe eignen. Andere Bearbeitungsköpfe können z. B. zum Auftragen von Flußmittel, Kleber oder Lotpaste vorgesehen sein.

Durch die zentrale Anordnung der Führungsschienen und die voneinander wegweisenden Querträger der z. B. balkenartigen Wagen ist es bei vergleichbarem vorrichtungsaufwand möglich, gleichzeitig zwei Baugruppen zu bearbeiten, ohne daß sich die Bearbeitungsköpfe gegenseitig behindern können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für beide Bearbeitungsplätze nur eine gemeinsame Steuereinrichtung benötigt wird.

Dadurch ist es möglich, die Bearbeitungskapazität der Ma­ schine erheblich zu steigern. Durch die zentrale Anordnung der Längsführungen wird die Zugänglichkeit zu der Maschine von den Außenseiten her erheblich verbessert, es ist dann möglich, die Bauteilezuführungen auch an den Außenseiten der Maschine anzuordnen, die sich parallel zu den Längsführungen erstrecken. Ferner können durch die Zentralisierung der Längsführungen auch die Zuleitungen zu den Antrieben in der Mitte zusammengefaßt werden. Die Träger für die beiden Längs­ führungen können konstruktiv derart miteinander verbunden werden, daß sie sich gegenseitig verstärken.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den An­ sprüchen 2 bis 12 gekennzeichnet:
Durch den gemeinsamen Längsträger nach Anspruch 2 ergibt sich ein stabiler und kompakter Aufbau der tragenden Konstruktion, so daß das Chassis kostengünstig gestaltet werden kann. Es ergibt sich ferner ein günstiger Massenschwerpunkt in der Mitte, wodurch sich auch das Schwingungsverhalten verbessert und die Standfestigkeit des Chassis erhöht.

Durch die Antriebseinheiten nach Anspruch 3 können die An­ triebseinheiten und die Führungsmittel für die Wagen kompakt zusammengefaßt werden, was eine gewichtssparende und stabile Ausbildung ermöglicht.

Durch die Anordnung des z. B. linearen Baugruppentransports nach Anspruch 4 können die Leiterplatten in einer Transport­ linie zu beiden Bearbeitungsplätzen geführt werden.

Durch die Anordnung nach Anspruch 5 ist es möglich, die Bear­ beitungsleistung der Maschine noch weiter zu steigern. Dabei ist es z. B. auch möglich, den beiden Längsführungen eine un­ terschiedliche Anzahl von Wagen zuzuordnen. Ferner können die Bearbeitungsköpfe unterschiedliche Funktionen ausüben. Auf diese Weise läßt sich für unterschiedliche Bearbeitungsaufga­ ben eine jeweils optimale Konfiguration an Bearbeitungsköpfen bilden.

Die Weiterbildung nach den Ansprüchen 6 und 7 ermöglicht es, den Querträger an seinem freien Ende freiragend auszubilden, so daß dort keine Führungs- oder Stützbahnen erforderlich sind. Damit wird die Zugänglichkeit zum Arbeitsbereich der Maschine weiter verbessert. Es ist nun auch möglich, auf der den freien Enden zugeordneten Außenseiten der Vorrichtung periphere Einrichtungen wie zusätzliche Bauelementemagazine oder andere Hilfseinrichtung anzuordnen.

Die senkrecht übereinanderliegenden Stütz- und Führungsbahnen nach Anspruch 8 benötigen eine geringere Baubreite als bei einer waagerechten Anordnung. Damit kann die Gesamtbreite der Maschine entsprechend verringert werden. Außerdem können sämtliche Stütz- und Führungsbahnen beider Längsführungen günstiger in einem Trägerteil von kompakter Bauweise zusam­ mengefaßt werden.

Durch die Linearmotoren nach Anspruch 9 wird der Einsatz von mehreren Wagen an einer Längsführung erleichtert, da die Li­ nearmotoren keine zusätzlichen Antriebsmittel wie Spindeln oder Zahnriemen benötigen. Ein derartiger Linearmotor besteht aus einem stationären Teil, z. B. einer Magnetschiene, die sich über die gesamte Länge der Längsführung erstreckt. Dem Wagen ist ein elektromagnetisch aktiver Teil zugeordnet, der mit der Magnetschiene in enger Wirkverbindung steht und der derart ansteuerbar ist, daß der Wagen exakt in eine vorbe­ stimmte Position verfahren werden kann.

Durch die Anordnung des Linearmotors nach Anspruch 10 werden die Führungs- und Antriebsmittel des Wagens zu einer kompak­ ten und raumsparenden Anordnung zusammengefaßt.

Nach Anspruch 11 wirken die Führungselemente der Längsführung und die Teile des Linearmotors besonders vorteilhaft zusam­ men. Die magnetischen Kräfte des Linearmotors werden dafür genutzt, die Stütz- und Führungselemente des Wagens spielfrei und definiert gegen die Stütz- und Führungsbahnen der Längs­ führung zu ziehen, so daß die Querführung des Wagens in einer genauen Winkel- und Höhenlage gehalten wird und daß auf hin­ tergreifende Führungsmittel verzichtet werden kann. Die Längsführung benötigt somit nur eine z. B. schienenartige Füh­ rungsbahn und die dazu parallel verlaufende Stützbahn zur genauen Längsführung und zur Einhaltung der Winkelposition des Querträgers gegenüber dem Chassis. Die permanenten Anziehungskräfte der Magnetschiene sind so groß, daß die der Wagen selbst nach dem Abschalten des Linearmotors sicher an der Längsführung gehalten wird.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 12 wird für die mobilen Teile der Linearmotoren nur ein einziger stationärer Teil be­ nötigt. Dieser ist z. B. als einfache Magnetschiene ausgebil­ det und in den Längsträger raumsparend eingebettet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Bestücken von Leiterplatten,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1.

Nach den Fig. 1 und 2 weist eine Vorrichtung zum Bestücken von Leiterplatten 1 mit elektrischen Bauelementen 2 ein Chas­ sis 3 mit einem Längsträger 4 auf, wobei die Leiterplatten 1 und die Bauelemente 2 zu einer Baugruppe 1, 2 zusammengesetzt werden. An dem Längsträger 4 sind sich waagerecht erstrecken­ de Führungsbahnen 5 und Stützbahnen 6 senkrecht übereinan­ derliegend derart angeordnet, daß sie zusammen eine senkrech­ te Führungsebene einer linearen Längsführung 7 für zumindest einen entsprechend in dieser Richtung waagerecht verfahrbare Wagen 8 bilden, der einen sich senkrecht zu den Führungsbah­ nen 7 in waagerechter Richtung erstreckenden Querträger 9 aufweist.

Dieser ist mit einer nicht näher dargestellten Querführung für einen als Bestückkopf ausgebildeten Bearbeitungskopf 10 versehen, der z. B. als Revolverkopf ausgebildet ist und der eine Vielzahl von sternförmig verteilten Saugpipetten 11 zum Greifen der Bauelemente 2 aufweist. Im mittleren Arbeitsbe­ reich des Bearbeitungskopfes 10 ist ein Bearbeitungsplatz 12 des Chassis 3 angeordnet, der als Hubtisch ausgebildet ist und die zu bearbeitende Leiterplatte 1 auf eine Bearbeitungs­ höhe anhebt.

Ein linearer Baugruppentransport 13 erstreckt sich senkrecht zur Längsführung 7 über die gesamte Breite des Chassis 3. Zu beiden Seiten des Leiterplattentransportes 13 sind Bau­ elementezuführungen 14 angeordnet, von denen der Bearbei­ tungskopf 10 Bauelemente 2 nach Bedarf abholt und auf die zu bestückende Leiterplatte 1 auf dem Hubtisch 12 aufsetzt.

Der Längsträger 4 ist beidseitig mit den Längsführungen 7 versehen, in denen auch auf der dem ersten Wagen 8 gegenüber­ liegenden Seite zumindest ein weiterer Wagen 8 geführt ist. Die beiden Wagen 8 ragen von den zentralen Längsführungen 7 aus nach außen in entgegengesetzte Richtungen. Entsprechend ist auf dieser Seite ein weiterer Bearbeitungsplatz 12 zum Bestücken der Leiterplatten 1 mit den Bauelementen 2 vorgese­ hen, wobei der Leiterplattentransport 13 über beide Bearbei­ tungsplätze geführt ist. Auf diese Weise ist es möglich, z. B. an zwei Bearbeitungsplätzen gleichzeitig mit zwei Bearbei­ tungsköpfen 10 zu arbeiten und die Bestückleistung entspre­ chend zu erhöhen.

Die Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß die Anzahl der Bauelementezuführungen verdoppelt werden kann, so daß ein er­ heblich größeres Bauelementespektrum zur Verarbeitung an ei­ ner Maschine bereitgestellt werden kann. An jeder der Längs­ führungen 7 sind hier zwei Wagen 8 mit den Bearbeitungsköpfen 10 vorgesehen, wodurch sich die Bestückkapazität der Vorrich­ tung noch weiter erhöht. Die beiden Bestückköpfe sind dann so gesteuert, daß sie abwechselnd bestücken bzw. Bauelemente 1 von den Bauelementezuführungen 14 abholen.

Eine Antriebseinheit zum Verfahren des Wagens 4 ist hier als Linearmotor 15, 16 ausgebildet, der sich aus einem elektroma­ gnetisch aktiven mobilen Teil 15 und einer stationären Ma­ gnetschiene 16 zusammensetzt, die sich über die gesamte Länge der Längsführung 7 erstreckt und in den zentralen Längsträger 4 eingelassen ist. Die Führungs- und Stützbahnen 5 und 6 sind raumsparend übereinanderliegend angeordnet. Der Linearmotor 15, 16 weist einen entsprechend senkrecht stehende magneti­ schen Trennspalt zwischen dem mobilen Teil 15 und der Magnet­ schiene 16 auf. Die wechselseitigen Berührungsflächen der Längsführung und der Trennspalt des Linearmotors bilden eine durchgehende gemeinsame Trennfuge. Dies bewirkt, daß Füh­ rungs- und Stützelemente des Wagens 4 durch die magnetische Anziehungskraft der Teile des Linearmotors 15 + 16 spielfrei gegen die Führungs- und Stützbahnen 5 und 6 der Längsführung 7 gezogen werden.

Diese Kräfte sind so hoch, daß das andere Ende des Wagens, also das freie Ende des Querträgers 9 nicht abgestützt werden muß und somit freiragend ausgebildet werden kann. Auf dieser Seite sind somit keine Stützbahnen erforderlich, wodurch sich die Zugänglichkeit zum Arbeitsbereich der Maschine verbes­ sert. Die permanenten Magnetkräfte des Linearmotors halten den Wagen selbst nach dem Abschalten in seiner waagerechten Position.

Sämtliche Wagen sind hier baugleich ausgebildet und auf bei­ den Seiten drehsymmetrisch angeordnet. Die den einzelnen Wa­ gen 8 zugeordneten Linearmotoren sind so ausgebildet, daß sie die Magnetschiene 16 gemeinsam benutzen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Herstellen von elektrischen Baugruppen (1, 2), insbesondere zum Bestücken von Leiterplatten (1) mit elektrischen Bauelementen (2),
wobei die Vorrichtung ein Chassis (3) mit zwei zueinander im wesentlichen parallelen linearen Längsführungen (7) für zu­ mindest zwei darauf verfahrbare z. B. balkenartige Wagen (8) aufweist,
die mit jeweils einem Querträger (9) versehen sind, der eine zur Längsführung (7) querstehende Querführung für zumindest einen darauf verfahrbaren Bearbeitungskopf (10) für die Lei­ terplatte aufweist,
wobei die Wagen (8) in einem Endbereich in den Längsführungen geführt sind,
wobei die beiden Querträger (8) von der jeweiligen Längsfüh­ rung (7) aus in einander entgegengesetzte Richtungen ragen und
wobei das Chassis zumindest einen Bearbeitungsplatz (12) für zumindest einer der Baugruppen (1, 2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Längsführungen (7) einander unmittelbar be­ nachbart angeordnet sind,
daß die beiden Querträger (9) von ihren Längsführungen (7) aus jeweils in die der benachbarten Längsführung (7) abge­ wandte Richtung ragen und
daß zumindest zwei Bearbeitungsplätze (12) zu beiden Seiten der Längsführungen (7) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Längsführungen (7) an einem gemeinsamen Längs­ träger (4) des Chassis (3) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verfahren der Wagen (8) Antriebseinheiten vorgesehen, die den zugehörigen Längsführungen (7) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Baugruppentransport (13) eine senkrecht zu den Längsführungen (7) orientierte Transportrichtung aufweist und beide Bearbeitungsplätze (12) bedient.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Längsführung (7) zumindest zwei voneinander unabhängig verfahrbare Wagen (8) geführt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsführung (7) mit zumindest einer Stützbahn (6) und zumindest einer Führungsbahn (5) für entsprechende Stütz- und Führungselemente des Wagens versehen ist und
daß die Stütz- und Führungselemente an einem Ende des Wagens (8) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Wagens (8) freiragend ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützbahn (6) und Führungsbahn (5) der Längsführung (7) im Querschnitt gesehen senkrecht übereinanderliegend an­ geordnet sind und eine entsprechend senkrecht orientierte Führungsebene bilden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit des Wagens (8) als Linearmotor (15, 16) ausgebildet ist und der Linearführung (7) zugeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor (15, 16) zwischen der Stützbahn (6) und Führungsbahn (5) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trennspalt zwischen einem mobilen Teil (15) und einem stationären Teil (z. B. 16) des Linearmotors im Bereich der Stütz- und Führungsbahn (6 und 5) liegt und daß der Trennspalt und die wechselseitigen Berührungsflächen zwischen den Führungselementen der Längsführung eine durchge­ hende gemeinsame Trennfuge bilden

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der durchgehende stationäre Teil (z. B. 16) als gemeinsa­ mes stationäres Element für mehrere unabhängig betätigbare Linearmotoren der Wagen (8) vorgesehen ist und
daß der stationäre Teil (z. B. 16) fest mit dem Längsträger (4) des Chassis (3) verbunden ist.