DE3921052C2

DE3921052C2 -

Info

Publication number: DE3921052C2
Application number: DE19893921052
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. 7129 Ilsfeld De Domm
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1989-06-27
Publication date: 1990-11-22
Also published as: DE3921052A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Bestücken von Leiterplatten nach dem Gattungsbegriff von Anspruch 1.

Bei den für dieses Verfahren bereitgestellten Bauelementen sind häufig die Anschlußdrähte über die Toleranz des von der Leiterplatte vorgegebenen Rastermaßes hinaus verbogen. Die Anschlußdrähte müssen dann vor dem Einfügen in die Leiterplatte entweder im Greifer des Industrieroboters oder schon in der Bereitstellung auf einer Richtplatte oder -vorrichtung gerichtet werden. Hierzu müssen die Bauelemente an den Anschlußdrähten ergriffen werden, wozu in aller Regel ein besonderes, je nach Bauelementetyp und Rastermaß verschiedenes Spezialwerkzeug erfor derlich ist.

Bei einem Teil der Bauelemente, wie z. B. Blockkondensatoren, müssen zusätzlich zu den vorgegebenen gegenseitigen Abständen der Anschlußdrähte noch bestimmte Abmessungstoleranzen relativ zu den Außenkonturen der Bauelemente eingehalten werden. In diesen Fäl len, sowie in den Fällen, in denen die Bauelemente zu große Abweichungen vom Toleranzmaß aufweisen, ist im allgemeinen das Richten in der Bereitstellung nicht ausreichend und muß grundsätzlich im Industrieroboter selbst durchgeführt werden.

Soweit das Richten, wie in vielen Fällen üblich, auf einer Richtplatte erfolgt, muß der Industrieroboter auf seinem Weg vom Bereitstellungspunkt zum Bestückungspunkt den Umweg über die Richtplatte vornehmen, wozu er ungefähr 20% seiner Taktzeit benötigt.

Ein Verfahren zum maschinellen Bestücken von Leiterplatten gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 geht aus der US-PS 45 98 456 als bekannt hervor. Bei diesem bekannten Verfahren wird die tatsächliche Stellung der Anschlußdrähte nach dem Erfassen der Drähte durch den Greifer mittels einer Meßvorrichtung festgestellt. Das selek tive Einsetzen des ersten und des zweiten Anschlußdrahtes wird hierbei aber in relativ umständlicher Weise dadurch ermöglicht, daß der zweite Anschlußdraht gegenüber dem ersten Anschlußdraht in einem eigenen dem Einsetzen der Bauelemente vorausgehenden Arbeitsgang gekürzt wird. Es ist mittels dieses bekannten Verfah rens somit nicht möglich, beliebige der Fertigung entnommene Bauelemente ohne entsprechende Vorbereitung maschinell in Leiter platten einzusetzen.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zum maschinellen Bestücken von Leiterplatten gemäß der DD-PS 1 47 451 werden Toleranzabwei chungen zwischen den Anschlußdrähten der Bauelemente und den Bohrungen der Leiterplatte dadurch ausgeglichen, daß das einzu setzende Bauelement in einer Schrägstellung zur Oberfläche der Leiterplatte aufgesetzt wird, wodurch ein Bauelementeanschluß zuerst in das zugeordnete Loch der Leiterplatte und gleichzeitig mit dem Einsetzen und Nachsetzen des Bauelementes in Richtung Leiterplatte das Bauelement mit Schwingungen beaufschlagt wird, wobei die Schwingungen vorzugsweise parallel zur Oberfläche der Leiterplatte verlaufen und deren Amplitude vorzugsweise dem Tole ranzmaß der Leiterplattenlöcher untereinander entspricht.

Mittels dieses Verfahrens wird ein passiver Toleranzausgleich vorgenommen, bei welchem der Bestückungseinrichtung die tat sächliche Lage und Größe der Toleranzabweichungen nicht bekannt ist. Der Größenbereich, innerhalb dessen ein Toleranzausgleich möglich ist, bleibt daher sehr begrenzt, weil der Toleranz ausgleich lediglich mittels eines Schwingungsvorganges erfolgt, bei welchem die Relativbewegungen zwischen der Leiterplatten bohrung und dem einzufügenden Anschlußdraht nicht zu groß sein dürfen, wenn für ausreichend lange Zeitintervalle Relativlagen entstehen sollen, bei denen die Fügebewegung eingeleitet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß auch Bauelemente, deren Anschlußdrähte große Toleranzen gegenüber den vorgegebenen Rastermaßen der Leiterplatte und/oder den Außen konturen des Bauelementes aufweisen, ohne vorheriges Richten gefügt werden können. Ferner soll Taktzeit des Industrieroboters eingespart und die Flexibilität des maschinellen Füge- und Richt verfahrens erhöht werden. Des weiteren sollen verschiedene Baue lementetypen mit voneinander abweichenden Rastermaßen ohne Ein satz von Spezialwerkzeugen gerichtet und gefügt werden können.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch Anwendung der im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aufgeführten Verfah rensschritte gelöst. Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläu tert. Die Fig. 1-4 zeigen die verschiedenen Arbeits schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß Fig. 1 ist im Greifer 1 eines Industrieroboters ein Bauele ment 2 aufgenommen. Der Greifer 1 ist in den drei Koordina tenrichtungen x, y, z beweglich und um die z-Achse verdrehbar. Die Mittelachse m des Greifers ist außerdem um eine parallel zur x, y- Achse liegende, durch einen Kippunkt K gehende Achse verkippbar.

Am Bauelement 2 sind Anschlußdrähte 3 und 4 befestigt, die in Öffnungen 5 a und 5 b einer an der Arbeitsfläche des Industriero boters angeordneten, sich in deren x, y-Richtung erstreckenden Leiterplatte 5 eingefügt werden sollen. Wie in strichpunktierten Linien angedeutet, weicht im dargestellten Beispiel die Stellung beider Anschlußdrähte 3 und 4 von der Sollage ab.

Zu Beginn des maschinellen Einfügevorganges wurde bereits in bekannter, hier nicht dargestellter Weise, beispielsweise mittels einer optischen Vermessungseinrichtung, die tatsächliche Stellung der Anschlußdrähte 3 und 4 vermessen und die dabei ermittelten Werte wurden in die Steuerungseinrichtung des Industrieroboters eingegeben.

Wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt, wird nun in einem ersten Verfahrensschritt die Mittelachse m des Greifers 1 so um den Kippunkt K verkippt, daß die Spitze 3 a eines ersten Anschluß drahtes 3 näher an der Oberfläche der Leiterplatte 5 zu liegen kommt, als die Spitze 4 a des zweiten Anschlußdrahtes 4. Vor zugsweise beträgt der Kippwinkel etwa 10°. Zusätzlich kann der Greifer bereits in diesem ersten Verfahrensschritt soweit um die z-Achse verdreht werden, daß die Anschlußdrähte 3 und 4 in einer zur Ebene der Öffnungen 5 a und 5 b der Leiterplatte paralle len Ebene zu liegen kommen. Diese Verdrehung kann natürlich auch zu einem späteren, vor dem Einführen des zweiten Anschlußdrahtes in die ihm zugeordnete Öffnung liegenden Zeitpunkt erfolgen.

Anschließend wird der Greifer 1 in der x, y-Ebene um eine Strecke A verfahren, die der Differenz d ₁ zwischen der tatsächlichen Lage der Spitze 3 a des ersten Anschlußdrahtes 3 und seiner Sollage entspricht. Die Differenz d ₁ läßt sich aus den bei der optischen Vermessung gewonnenen Daten unter Berücksichtigung des Kippwin kels und der Koordinaten des Kippunktes K leicht errechnen.

Hierauf wird der Greifer 1 in z-Richtung um die Strecke B ge senkt, die so bemessen ist, daß die Spitze des ersten Anschlußdrahtes 3 gerade so weit in die zugehörige Öffnung 5 a der Leiterplatte 5 eindringt, daß sie beim weiteren Verfahren des Greifers in x, y-Richtung dort sicher festgehalten wird. In prak tischen Fällen wird der Anschlußdraht hierbei zu etwa einem Drittel seiner Länge in die Öffnung eingeführt.

Gemäß Fig. 2 wird der Greifer 1 nach dem Einführen des ersten Anschlußdrahtes 3 in die Öffnung 5 a der Leiterplatte 5 um eine Strecke C in x, y-Richtung verschoben, die der Differenz d ₂ zwischen der tatsächlichen Lage der Spitze 4 a des Anschlußdrahtes 4 und den Koordinaten der Öffnung 5 b der Leiterplatte 5 entspricht. Der mit einem Teil seiner Länge bereits in der Öffnung 5 a steckende erste Anschlußdraht wird dabei bereits so weit verbogen, daß der gegenseitige Abstand der Spitzen 3 a und 4 a sich seinem Sollwert nähert, wobei jedoch die relative Lage der Spitze 3 a gegenüber den Außenkonturen des Bauelementes 2 als Folge der noch vorhandenen Lageabweichungen der Spitze 4 a des Anschlußdrahtes 4 vom Sollwert abweichen kann.

Anschließend wird mittels einer Bewegung um die Strecke D in z- Richtung der Anschlußdraht 4 zu einem Teil seiner Länge, vor zugsweise etwa einem Drittel seiner Länge, in die Öffnung 5 b eingeführt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird nunmehr die Antriebsver bindung mit den die Kippbewegung des Greifers steuernden Antriebsmitteln gelöst, so daß dessen Mittelachse in Pfeilrichtung E-F frei verschwenkt werden kann. Der Kippunkt K der Mittel achse m des Greifers wird mittels einer in x, y-Richtung erfolgen den Bewegung G zum Sollwert seiner nach dem Einfügen des Bauele mentes bestehenden Koordinatenlage verfahren, und der Greifer 1 wird mittels einer in z-Richtung erfolgenden Bewegung H so weit abgesenkt, daß das Bauelement 1, wie in Fig. 4 dargestellt, völlig in die Leiterplatte 5 eingefügt wird. Aufgrund dieser Bewegung nehmen sowohl das Bauelement 2 als auch die Anschlußdrähte 3, 4 zwangsläufig ihre vorschriftsmäßige Lage ein.

Claims

1. Verfahren zum maschinellen Bestücken von Leiterplatten, bei welchem die auf der Leiterplatte anzubringenden, jeweils mit mehreren Anschlußdrähten versehenen Bauelemente von dem durch einen Industrieroboter in drei translatorischen Freiheitsgraden (x, y, z) und einem rotatorischen Freiheitsgrad (um z) beweglich geführten Greifer (1) erfaßt und mit ihren Anschlußdrähten (3, 4) in z-Richtung in entsprechende Öffnungen (5 a, 5 b) der sich in der x, y-Ebene der Greiferbewegung erstreckenden Leiterplatte (5) eingefügt werden, wobei

a) die tatsächliche Stellung der Anschlußdrähte (3, 4) am jeweils vom Greifer gehaltenen Bauelement (2) mittels einer Meßvorrichtung erfaßt und in die Steuereinrichtung des Industrierobo ters eingegeben wird,
b) der Greifer (1) in Abhängigkeit vom jeweiligen Meßer gebnis so in der x, y-Ebene verfahren und ggf. um seine Mittelachse (m) verdreht wird, daß die x, y-Koordinaten der Spitze (3 a) des ersten Anschlußdrahtes (3) mit den x, y-Koordinaten der diesem Anschlußdraht zugeordneten Öffnung (5 a) der Leiterplatte (5) übereinstimmen, und die Spitze (3 a) des ersten Anschlußdrahtes (3) in z- Richtung in die zugehörige Öffnung (5 a) der Leiter platte (5) eingeführt wird,
c) der Greifer (1) in Abhängigkeit vom Meßergebnis soweit verfahren, und ggf. um seine Mittelachse (m) verdreht wird, daß die x, y-Koordinaten der Spitze (4 a) des zwei ten Anschlußdrahtes (4) mit den x, y-Koordinaten der diesem Anschlußdraht zugeordneten Öffnung (5 b) der Leiterplatte (5) übereinstimmen, und die Spitze (4 a) des zweiten Anschlußdrahtes (4) in z-Richtung in die zugehörige Öffnung (5 b) der Leiterplatte (5) eingeführt wird,

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

d) der Greifer (1) des Industrieroboters mitsamt dem erfaßten Baue lement (2) wird zu Beginn des maschinellen Einführvor ganges so um eine zur x, y-Ebene parallele Achse ver kippt, daß die Spitze (3 a) des ersten Anschlußdrahtes (3) der Oberfläche der Leiterplatte (5) näher steht als die Spitze (4 a) des zweiten Anschlußdrahtes (4),
e) nach dem Einführen des zweiten Anschlußdrahtes (4) in die diesem Anschlußdraht zugeordnete Öffnung (5 b) wird die Antriebsverbindung mit den die Kippstellung des Greifers (1) erzwingenden Antriebsmitteln des In dustrieroboters gelöst und die Mittelachse (m) des Greifers (1) wird in x, y-Richtung auf ihren nach dem Einfügen des Bauelementes (2) zu erreichenden Sollwert eingestellt, und
f) nach dem Erreichen der Sollwertstellung der Mittelachse des Greifers (1) wird der Greifer in z-Richtung so weit verfahren, bis die Anschlußdrähte (3, 4) vollständig in die Leiterplatte (5) eingefügt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte (3, 4) optisch vermessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (1) mit dem darin aufgenommenen Bauteil (2) zu Beginn des maschinellen Einfügevorganges um etwa 10° verkippt wird.