DE3928527A1 - Flachbett-siebdruckmaschine zum bedrucken einer elektrischen leiterplatte - Google Patents
Flachbett-siebdruckmaschine zum bedrucken einer elektrischen leiterplatteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Flachbett-Siebdruckmaschine zum
Bedrucken einer elektrischen Leiterplatte mit einem ersten und
einem darauf abzugleichenden zweiten Druckbild, mit einem
Drucktisch mit einem die Leiterplatte aufnehmenden
Drucktischplatte, welche durch eine Hubvorrichtung aus einer
Ladeposition, in der sie mit der Leiterplatte beschickt wird,
in eine Druckposition unter ein Drucksieb einer
Druckvorrichtung bewegt wird, und mit einer elektronische
Kameras aufweisenden Steuereinrichtung, welche nach dem
Beschicken der Leiterplatte auf die Drucktischplatte die
IST-Lage von auf der Leiterplatte vorhandenen ersten
Referenzmarken erfaßt und mit zuvor erfaßten und gespeicherten
Referenzwerten vergleicht, und ferner die IST-Lage von auf dem
Drucksieb festgelegten zweiten Referenzmarken erfaßt und
ebenfalls mit zuvor erfaßten und gespeicherten Referenzwerten,
die den zweiten Referenzmarken zugeordnet sind, vergleicht,
und ferner aus den Abweichungen der IST-Lagen der ersten und
der zweiten Referenzmarken von ihren Referenzwerten eine
SOLL-Lage der zweiten Referenzmarken errechnet, bei der das
zweite Druckbild auf das erste Druckbild abgeglichen ist, und
daraus ein Steuersignal ableitet, das motorisch angetriebene
Verschiebeschlitten ansteuert, die das Drucksieb bis zum
Abgleich verschieben.
Derartige bekannte Flachbett-Siebdruckmaschinen werden zum
Bedrucken von Leiterplatten eingesetzt. Diese Leiterplatten
wurden in einem vorangehenden ersten Druckvorgang mit einem
ersten Druckbild versehen, welches die Kontaktbahnen zwischen
einzelnen Anschlußpunkten der Leiterplatte festlegt. Um die
Leiterplatte in einem SMT (Surface Monted Technology)
-Verfahren mit elektronischen SMD-Bauteilen (Surface Mounted
Devices) bestücken zu können, ist es notwendig, ein zweites
Druckbild aus Lötpaste aufzubringen, das dazu dient, kleine
Mengen von Lötpaste um die Anschlußpunkte zu verteilen. Danach
wird die Leiterplatte mit den Bauteilen bestückt und in diesem
Zustand durch einen Ofen hindurch transportiert. Die Lötpaste
wird weich, zieht sich
praktisch zu einem Punkt zusammen und befestigt damit die
Kontakteinrichtungen der SMD-Bauteile in den zugeordneten
Anschlußpunkten der Leiterplatte. Dieser zweite Druckvorgang
erfordert eine hohe Präzision bei der Überlagerung des zweiten
Druckbildes über das erste Druckbild. Es ist erforderlich, das
zweite Druckbild innerhalb von Toleranzen kleiner als 0,01 mm
auf das bereits auf der Leiterplatte vorhandene erste
Druckbild aufzubringen. Größere Abweichungen führen nämlich zu
Kurzschlüssen zwischen zwei benachbarten Kontaktbahnen oder
dergleichen. Dies hat zur Folge, daß eine bereits mit teueren
Bauteilen bestückte Leiterplatte unbrauchbar wird.
Bei den bekannten Flachbett-Siebdruckmaschinen wird die
Justierung des zweiten Druckbildes derart durchgeführt, daß
zwei Kameras vorgesehen sind, die mit je einem, an das
Objektiv der Kamera angesetzten optischen System ausgerüstet
sind, welche die ersten Referenzmarken auf der Leiterplatte
erfassen. Um die auf dem Drucksieb vorhandenen zweiten
Referenzmarken erfassen zu können, wird das optische System
jeder der beiden Kameras um 180° nach oben geschwenkt, so daß
die beiden Kameras nun die zweiten Referenzmarken auf dem
Drucksieb abtasten. Die bekannten Flachbett-Siebdruckmaschinen
besitzen nun den Nachteil, daß dieser Schwenkvorgang des
optischen Systems die erreichbare Präzision des
Abgleichvorganges zwischen erstem und zweitem Druckbild
entscheidend beeinflußt. Die Drehung des optischen Systems um
180° bewirkt einen Präzisionsverlust, da diese mechanische
Bewegung Positionierungsfehler des optischen Systems mit sich
bringt, die Ungenauigkeiten bei der Lageerfassung der
Referenzmarken hervorrufen. Die fortschreitende
Miniaturisierung der elektronischen SMD-Bauelemente stellt
aber immer höhere Anforderungen an die Präzision des Abgleichs
der beiden Druckbilder. Die bekannten
Flachbett-Siebdruckmaschinen können aufgrund der oben
erwähnten Probleme diesen steigenden Anforderungen nicht mehr
gerecht werden. Ferner ist dieser Schwenkvorgang - der bei
jeder einzelnen Leiterplatte einer Produktionsserie
durchgeführt werden muß - relativ zeitaufwendig, wodurch die
Produktionsrate einer derartigen Flachbett-Siebdruckmaschine
drastisch reduziert wird.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es nun Aufgabe der
Erfindung, eine Flachbett-Siebdruckmaschine der eingangs
genannten Art derart weiterzubilden, daß der Abgleich des
ersten und des zweiten Druckbildes mit hoher Präzision und
zeitsparend durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Kameraeinheit je
zwei Kameras aufweist, von denen jeweils die erste Kamera mit
einem ersten Endoskop und die zweite Kamera mit einem zweiten
Endoskop verbunden ist, wobei die Endoskope in genau
definierter und zueinander unveränderlicher Relativposition
gemeinsam in den Raum zwischen Leiterplatte in Ladeposition
und Drucksieb einschiebbar sind und jeweils das erste Endoskop
auf die Leiterplatte und das zweite Endoskop auf das Drucksieb
ausgerichtet ist und die ersten Endoskope die ersten
Referenzmarken auf der Leiterplatte und die zweiten Endoskope
die zweiten Referenzmarken auf dem Drucksieb erfassen.
Die erfindungsgemäße Flachbett-Siebdruckmaschine hat den
Vorteil, daß die zueinander fixierte Lage der Endoskope es
ermöglicht, die Position der Referenzmarken auf der
Leiterplatte und auf dem Drucksieb exakt zu registrieren. Die
Endoskope sind in einer genau festgelegten Relativposition
angeordnet, welche während des gesamten Abgleichvorgangs
unverändert beibehalten wird. Die bei bekannten
Flachbett-Siebdruckmaschinen auftretenden, durch die
Schwenkbewegung des optischen Systems hervorgerufene
Fehlerquelle wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der
Endoskope in besonders einfacher Art und Weise eliminiert. Die
Relativlage zugeordneter Referenzmarken kann besonders präzise
erfaßt werden, woraus eine äußerst hohe Präzision beim
Abgleich der beiden Druckbilder erreicht wird. Die
erfindungsgemäße Anordnung der Endoskope erlaubt es ferner
besonders einfach, den Abgleichvorgang rasch durchzuführen, da
simultan das Drucksieb und die Leiterplatte abgetastet werden.
Die Produktionsrate der erfindungsgemäßen
Flachbett-Siebdruckmaschine wird dadurch beträchtlich erhöht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Zeichnungen eingehend beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel
entlang der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der
Drucksieb-Verstelleinrichtung aus der
Richtung III der Fig. 1,
Fig. 4 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte
Flachbett-Siebdruckmaschine weist einen Drucktisch 1, eine
Druckvorrichtung 2 und ein optisches Kontrollsystem 3 auf. Die
starr an einem Rahmen 10 befestigte Druckvorrichtung 2 besteht
aus einem in Führungsholmen 21 geführten Rakelwerk 22 und
einem Drucksieb 23, das eine Druckschablone aufweist. Der
Drucktisch 1 besteht aus einer Drucktischplatte 11 und einer
an der Drucktischplatte 11 angreifenden Hubeinrichtung 12. Die
Hubeinrichtung 12 erlaubt es, die aufliegende, durch
elektromagnetischen Haftmagneten arretierte Drucktischplatte
11 aus ihrer Ladeposition (in Fig. 1 voll eingezeichnet) in
ihre Druckposition (in Fig. 1 strichliert eingezeichnet) zu
bewegen.
Der in Fig. 1 rechte Teil der Hubeinrichtung 12 ist auf einem
Transportbreiteschlitten 13 angeordnet, wohingegen der in
Fig. 1 linke Teil der Hubeinrichtung 12 fest mit dem Rahmen
10 verbunden ist. Der Transportbreiteschlitten 13 ist in der
Richtung 13′ verschiebbar. Dies ermöglicht es,
Drucktischplatten 11 verschiedenster Abmessungen zu verwenden,
wodurch der Drucktisch 1 leicht auf die Ausmaße der jeweils zu
bedruckenden Leiterplatte 20 abzustimmen ist.
Auf dem Transportbreiteschlitten 13 ist das optische
Kontrollsystem 3 angebracht. Dieses besteht aus vier
elektronischen CCD-Kameras 31a bis 31d und aus vier Endoskopen
32a bis 32d. Jedes des Endoskope 32a bis 32d ist mit dem
Objektiv je einer Kamera 31a bis 31d verbunden. Die Endoskope
sind derart angeordnet, daß das Gesichtsfeld der ersten
Endoskope 31a und 31b die Leiterplatte 20 abtastet und das
Gesichtsfeld der zweiten Endoskope 32c und 32d auf das
Drucksieb 23 ausgerichtet ist. Je zwei übereinander
angeordnete Kameras 31a und 31c bzw. 31b und 31d sind zu einer
Kameraeinheit 40a bzw. 40b zusammengefaßt. Die elektronischen
Kameras 31a und 31c sowie die Endoskope 32a und 32c der
Kameraeinheit 40a sind derart miteinander verbunden, daß sie
eine genau definierte und nicht veränderliche Relativposition
zueinander einnehmen. Dies bewirkt vorteilhafterweise eine
besonders hohe Präzision des Abgleichvorgangs, da durch die
genau fixierte Relativposition des die Leiterplatte 20
abtastenden ersten Endoskops 32a bzw. 32b zu dem das Drucksieb
23 abtastende zweite Endoskop 32c bzw. 32d der bei den
bekannten Flachbett-Siebdruckmaschinen vorgesehene, die
Präzision des Ableichvorganges empfindlich beeinträchtigende
Schwenkvorgang eines optischen Systems entfällt. Wichtig bei
der Anordnung der zusammenwirkenden Endoskope 32a und 32c bzw.
32b und 32c ist, daß die definierte starre Relativposition
unverändert während aller Phasen des durchzuführenden
Abgleichs der beiden Druckbilder beibehalten wird. Dieser
wichtige Punkt wird weiter unten bei der Beschreibung der
Funktionsweise des optischen Kontrollsystems noch eingehend
erläutert werden.
Die Kameraeinheit 40a ist auf einem Positionierungsschlitten
33 montiert, der mittels einer Spindel 33′ in der Richtung 13′
verschiebbar ist. Der Positionierungsschlitten 33 ist
seinerseits auf einem weiteren Positionierungsschlitten 34
angebracht, der über eine weitere Spindel 35 in der Richtung
34′ orthogonal zur Bewegungsrichtung 13′ des
Positionierungsschlittens 33 verschiebbar ist. Die
Kameraeinheit 40b ist analog aufgebaut. Die Kameraeinheiten 40a
und 40b sind auf einem Arbeitsschlitten 36 angebracht, der
durch einen Stellmotor 37 in Richtung 13′ auf dem
Transportbreiteschlitten 13 verfahrbar ist. Der
Arbeitsschlitten 36 dient dazu, die Kameraeinheiten 40a und
40b simultan in den Bereich zwischen Drucktischplatte 11 und
Drucksieb 23 einzufahren. Die genaue Justierung der
Kameraeinheiten 40a und 40b über der Leiterplatte 20 erfolgt
dann mit Hilfe der Positionierungsschlitten 33 und 34. Hierbei
kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß anstelle der
manuell zu betätigenden Spindeln 33′ und 35 motorisch
angetriebene Spindeln verwendet werden. Dies erlaubt es dann,
die Positionierung der Kameraeinheiten 40a und 40b mittels
einer externen, die Spindeln 33′ und 35 ansteuernden
Steuervorrichtung automatisch durchzuführen. Ferner ist es
möglich, die Positionierungsschlitten direkt auf dem
Transportbreiteschlitten 13 anzuordnen. Wichtig ist nur, daß
die Kameraeinheiten 40a und 40b in einer exakt bestimmten
Position über der Leiterplatte 20 positionierbar sind. Die
Arbeitsweise des oben beschriebenen optischen Kontrollsystems
3 wird weiter unten noch eingehend erläutert werden.
Um eine Leiterplatte 20 zum Drucktisch 1 der
Flachbett-Siebdruckmaschine zu transportieren, sind - wie in
Fig. 2 dargestellt - an beiden Seiten der
Flachbett-Siebdruckmaschine Transporteinrichtungen 50 und 50′
angeordnet, die im wesentlichen aus zwei Transportbändern 51
und 51′ bestehen. Das in Fig. 2 linke Transportband 51 ist
starr am Rahmen 10 der Flachbett-Siebdruckmaschine angebracht.
Das in Fig. 2 rechte Transportband 51′ ist am
Transportbreiteschlitten 13 montiert, um den Abstand der
Transportbänder 51 und 51′ der Breite der zu bedruckenden
Leiterplatte 20 anpassen zu können. Die Leiterplatte 20 liegt
nur mit ihren Seitenrändern auf den Transportbändern 51 und
51′ auf.
Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Flachbett-Siebdruckmaschine wird anhand eines typischen
Arbeitsablaufes näher beschrieben. Eine bereits mit einem
ersten Druckbild versehene Leiterplatte 20 wird aus einem
Magaziniergerät (nicht gezeigt) entnommen, manuell oder
mittels einer weiteren Transporteinrichtung (nicht gezeigt),
z. B. Vakuumgreifern, auf die Transportbänder 51, 51′ der
Transportvorrichtung 50 gelegt. Diese bewegt die Leiterplatte
20 zum Drucktisch 1. Um bereits konventionell bestückte
Leiterplatten bedrucken zu können, ist vorgesehen, daß die
Drucktischplatte 11 eine Ausnehmung 16 aufweist, in der die an
der Unterseite der Leiterplatte 20 angeordneten Bauelemente
aufgenommen werden. Innerhalb der Ausnehmung 16 der
Drucktischplatte 11 sind ein oder mehrere Stifte 17 vorgesehen
sein, die den freihängenden oder freischwebenden Mittelbereich
der Leiterplatte 20 gegen eine Durchbiegung abstützen.
Während des Ladevorganges befindet sich die Drucktischplatte
11 in ihrer Ladeposition (in Fig. 1 voll eingezeichnet). Die
Drucktischplatte 11 weist mehrere konische Registrier- bzw.
Fixierstifte 18 auf, welche durch eine leichte
Aufwärtsbewegung der Drucktischplatte 11 in an der
Leiterplatte 20 vorgesehene Bohrungen 25 hineinbewegt werden.
Dadurch wird die Leiterplatte 20 auf dem Drucktisch 1 mit
einer Genauigkeit von ca. 0,1 bis 0,2 mm positioniert. Die
dabei auftretenden Ablagefehler entsprechen nicht den hohen
Anforderungen beim Flachbett-Siebdruck und insbesondere nicht
den Erfordernissen beim Druck elektronischer Schaltungen. Die
eingangs erwähnten Probleme erfordern es, das zweite Druckbild
innerhalb von Toleranzen kleiner als 0,01 mm auf das bereits
auf der Leiterplatte 20 vorhandene erste Druckbild
aufzubringen. Zu diesem Zweck ist nun vorgesehen, daß das
Drucksieb 23 mittels einer von einer Steuereinrichtung
kontrollierten Verstelleinrichtung solange hin- und her
verschoben wird, bis ein entsprechender Abgleich der beiden
Druckbilder erreicht ist. Dieser Abgleich muß für jede
Leiterplatte 20 einer Produktionsserie durchgeführt werden.
In Fig. 3 ist eine Verstelleinrichtung für das Drucksieb 23
dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber werden in dieser
Figur alle Bestandteile der Flachbett-Siebdruckmaschine
weggelassen, die zu dem Positionierungsvorgang des Drucksiebes
23 nicht beitragen.
Ein das Drucksieb 23 aufnehmender Siebrahmen 61 ist an
Adapterleisten 62 befestigt. Die Arretierung des Siebrahmens
61 in den Adapterleisten 62 erfolgt derart, daß in diesen
Aufnahmebohrungen (nicht gezeigt) vorgesehen sind, die durch
Verriegelungszylinder 64 arretiert werden. Die Adapterleisten
62 sind in Aufnahmeleisten 63 eingeschoben. Die
Aufnahmeleisten 63 liegen auf vier nicht angetriebenen
Kreuzschlitten 65a bis 65d auf. Diese Schlitten 65a bis 65d
sind auf zwei Träger 71 und 72 angebracht, die von vier
Auflagern 73a bis 73d (s. dazu Fig. 1) gestützt werden. An
der Unterseite des Trägers 71 ist ein motorisch angetriebener
erster Verschiebeschlitten 66 angebracht, der in Richtung 66′
(also parallel zur Richtung 13′ des Transportbreiteschlittens
13) verschiebbar ist. Der erste Verschiebeschlitten 66 tritt
durch eine Öffnung 74 des Trägers 71 hindurch und ist mit dem
ebenfalls motorisch angetriebenen zweiten Verschiebeschlitten
67 verbunden, welcher in der Richtung 67′ (also parallel zur
Richtung 34′ des Verschiebeschlittens 34) beweglich ist. Der
am Träger 72 angeordnete, motorisch angetriebene dritte
Verschiebeschlitten 68 ist nur in Richtung 67′ verschiebbar.
Der Abgleichvorgang bei der Positionierung des Drucksiebes 23
wird anhand der Fig. 4 beschrieben. Ferner wird dazu auf die
Fig. 1 bis 3 verwiesen. Der Drucktisch 11 befindet sich in
seiner Ladestellung (in Fig. 1 voll eingezeichnet). Die
Leiterplatte 20 liegt, durch die Fixier- und Registrierstifte
17 arretiert, auf der Drucktischplatte 11 des Drucktisches 1
auf.
Der Abgleich des Drucksiebes 23 auf das auf der Leiterplatte
20 bereits aufgebrachte erste Druckbild soll nun mittels einer
durch die optische Kontrolleinrichtung 3, durch ein
Bildverarbeitungssystem 43 und durch eine Steuer- und
Recheneinheit 45 gebildeten Steuereinrichtung erfolgen. Dazu
müssen nun in einer "Lern-Phase" auf der Leiterplatte 20 erste
Referenzmarken 81 und 82 sowie auf dem Drucksieb 23 zweite
Referenzmarken 83 und 84 festgelegt werden. Die ersten
Referenzmarken 81 und 82 können auf der Leiterplatte 20
vorgesehene Bohrungen oder extra dafür aufgetragene
Markierungen sein. Es ist aber auch möglich, daß auf bestimmte
Details des ersten Druckbildes eingestellt wird.
Als erstes werden in der "Lern-Phase" der Steuereinrichtung
die ersten Referenzmarken 81 und 82 eingegeben. Als erster
Schritt wird deshalb der Arbeitsschlitten 36 in seine äußerst
linke Position gebracht. Die aus der ersten Kamera 31a und der
zweiten Kamera 31c und dem ersten Endoskop 32a und dem zweiten
Endoskop 32c gebildete erste Kameraeinheit 40a wird nun durch
die Verstellung der Positionierungsschlitten 33 und 34 derart
über der Leiterplatte 20 positioniert, daß ein Ausschnitt 81′,
in dessen Mittelpunkt die gewünschte erste Referenzmarke 81
liegt, vom Gesichtsfeld des ersten Endoskops 32a erfaßt wird.
Die zweite Kameraeinheit 40b wird analog positioniert, so daß
die erste Referenzmarke 82 im Mittelpunkt eines vom ersten
Endoskop 32b erfaßten Ausschnittes 82′ liegt. Die von den
Gesichtsfeldern der Endoskope 32a und 32b erfaßten Ausschnitte
81′ und 82′ auf der Leiterplatte 20 sind so festgelegt, daß
die ersten Referenzmarken 81 und 82 unter Berücksichtigung von
Verformungen, Fertigungstoleranzen und der durch den oben
beschriebenen Beschickungsvorgang hervorgerufenen Ablagefehler
immer von dem jeweiligen Gesichtsfeld erfaßt wird. Diese
Abweichungen liegen bei einer Flachbett-Siebdruckmaschine im
allgemeinen innerhalb weniger Millimeter, so daß z. B. ein
Ausschnitt 81′ mit einer Fläche von wenigen Quadratmillimetern
für den beschriebenen Anwendungsfall ausreichend groß ist. Die
Größe der Ausschnitte 81′ und 82′ bestimmt die erreichbare
Präzision des Abgleichvorgangs mit. Zur räumlichen Auflösung
der Ausschnitte 81′ und 82′ auf der Leiterplatte 20 steht nur
eine begrenzte, von der Leistungsfähigkeit der elektronischen
Kameras 32a und 32b bestimmte Anzahl von Bildpunkten zur
Verfügung. Der vom Endoskop 32a bzw. 32b abgetastete
Ausschnitt 81′ bzw. 82′ wird in den Raster von Bildpunkten
zerlegt. Dessen einzelne Bestandteile und damit die erzielbare
Auflösung sind um so gröber, je größer die räumliche
Ausdehnung des Ausschnittes 81′ bzw. 82′ ist. Die Ausrichtung
des Endoskops 32a bzw. 32b auf einen flächenmäßig kleinen
Ausschnitt 81′ bzw. 82′ bewirkt somit eine hohe räumliche
Auflösung und damit eine hohe Präzision des Abgleichvorganges.
Das von der Kamera 31a gelieferte Bild wird über eine Leitung
42a zu einem Bildverarbeitungssystem 43 geführt. Derartige
Bildverarbeitungssysteme sind an sich bekannt, so daß eine
detaillierte Beschreibung im vorliegenden Zusammenhang nicht
erforderlich ist. Das Bildverarbeitungssystem 43 löst das
Kamerabild Bildpunkt für Bildpunkt - pixelweise - auf und
ordnet jedem Bildpunkt einen Grauwert zu. Dazu kann das
Bildverarbeitungssystem 43 bis zu 64 verschiedene Grauwerte
unterscheiden. Die digitale Arbeitsweise des
Bildverarbeitungssystems 43 besitzt gegenüber analogen
Verfahren den Vorteil, daß evtl. auftretende, z. B. von der
Umgebung bewirkte Störeinflüsse leicht unterdrückt werden
können. Die pixelweise aufgelöste Bildinformation wird
sequentiell über eine weitere Leitung 44 zu einer Steuer- und
Recheneinheit 45 transferiert und in deren Speicher
geschrieben. Die vom Endoskop 32b aufgenommene und von der
Kamera 31b in elektrische Signale umgewandelte Bildinformation
wird ebenfalls über eine weitere Leitung 42b zum
Bildverarbeitungssystem 43 geleitet, dort wie beschrieben
verarbeitet und dann ebenfalls im Speicher der Steuer- und
Recheneinheit 45 abgelegt. Diese beiden gespeicherten Bilder
stellen Referenzwerte für den Abgleich der weiteren
Leiterplatten 20 einer Produktionsserie dar. Die freie
Beweglichkeit der beiden Kameraeinheiten 40a und 40b über der
Drucktischplatte 11 des Drucktisches 1 erlaubt es, beliebige
Ausschnitte 81′ und 82′ der Leiterplatte 20 zur Bildung der
Referenzwerte heranzuziehen. Die bildpunktweise Auflösung der
von den Kameras 31a und 31b gelieferten Bilder bewirkt eine
hohe Präzision des Abgleichvorgangs.
Der nächste Schritt dieser "Lern-Phase" besteht darin, daß vom
Bedienungspersonal das Drucksieb 23 mittels der motorisch
angetriebenen Verschiebeschlitten 66, 67 und 68 solange
verstellt wird, bis entsprechende Bereiche des Drucksiebes 23
über den korrespondierenden Bereichen der Leiterplatte 20
liegen. Die Kongruenz der genannten Bereiche garantiert, daß
das zweite Druckbild innerhalb der vorgegebenen Toleranzen
über dem ersten Druckbild liegt. Das Gesichtsfeld des mit der
Kamera 31c verbundenen weiteren Endoskops 32c legt nun einen
Ausschnitt 83′ auf dem Drucksieb 23 fest. Analog definiert das
Gesichtsfeld des mit der Kamera 32d zusammenwirkenden weiteren
Endoskops 32d einen gleichartigen Ausschnitt 84′ auf dem
Drucksieb 23. Die in den Ausschnitten 83′ und 84′ erfaßten
Konturen der Druckschablone des Drucksiebes 23 bilden nun die
zweiten Referenzmarken 83 und 84. Die von den Gesichtsfeldern
der weiteren Endoskope 32c und 32d erfaßten und von den
Kameras 31c und 31d in elektrische Signale umgesetzten
Ausschnitte des Drucksiebes 23 werden nun analog zu der oben
beschriebenen Verfahrensweise bearbeitet und schließlich im
Speicher der Steuer- und Recheneinheit 45 als
Referenzeinstellungen abgelegt. Die "Lern-Phase" ist damit
abgeschlossen.
Aus den obigen Ausführungen ist dem Fachmann ersichtlich, daß
die Festlegung der vier Referenzmarken 81 bis 84 auch anders
erfolgen kann. Zum Beispiel ist es möglich, daß auf dem
Drucksieb 23 bereits die zweiten Referenzmarken 83 und 84
vorgesehen sind. Dann wird zuerst auf diese zweiten
Referenzmarken eingestellt und darauffolgend die
entsprechenden ersten Referenzmarken 81 und 82 auf der
Leiterplatte 20 festgelegt. Es kann aber auch vorgesehen sein,
daß sowohl auf der Leiterplatte 20 als auch auf dem Drucksieb
23 speziell angebrachte Referenzmarken vorhanden sind, auf die
dann - wie oben beschrieben - eingestellt wird. Wichtig ist
nur, daß im Speicher der Steuer- und Recheneinheit 45 vier
Referenzwerte abgelegt werden. Diese vier Referenzwerte
repräsentieren eine Relativlage von Leiterplatte 20 und
Drucksieb 23, bei der beiden Druckbilder innerhalb der
vorgegebenen Toleranzgrenzen übereinanderliegen.
Nun wird der Arbeitsschlitten 36 solange nach rechts bewegt,
bis das optische Kontrollsystem 3 vollständig außerhalb des
Drucktisches 1 liegt. Danach wird die Drucktischplatte 11
mittels der Hubeinrichtungen 12 solange angehoben, bis sie in
ihrer Druckposition (in Fig. 1 strichliert eingezeichnet) in
Anlage mit dem Drucksieb 23 ist. Danach erfolgt in an sich
bekannter Weise das Bedrucken der Leiterplatte 20.
Zur Kontrolle des Abgleichvorganges kann vorgesehen sein, daß
das erstmalige Bedrucken der ersten Leiterplatte 20 einer
Produktionsserie auf eine über die Leiterplatte 20 gespannte,
am Drucktisch 1 unbeweglich befestigte Druckfolie erfolgt.
Dies ermöglicht es in besonders einfacher Art und Weise, die
Abstimmung des aufzubringenden zweiten Druckbildes auf das
bereits auf der Leiterplatte 20 vorhandene erste Druckbild zu
kontrollieren. Gegebenenfalls kann dann die Justage immer noch
nachreguliert werden, ohne daß eine Leiterplatte 20 durch ein
fehlliegendes zweites Druckbild unbrauchbar wird. Nach
Beendigung des Druckvorganges wird der Drucktisch 1 wieder
abgesenkt und die Leiterplatte 20 auf die Transportbänder 51
und 51′ der Transportvorrichtung 50′ abgelegt, welche die
Leiterplatte 20 aus dem Druckbereich der
Flachbett-Siebdruckmaschine herausbewegen.
Jede folgende Leiterplatte 20 einer Produktionsserie wird nun
wie folgt behandelt: Eine Leiterplatte 20 wird durch die
Transporteinrichtung 50 zum Drucktisch 1 transportiert und auf
der Drucktischplatte 11 durch die Fixier- und Registrierstifte
18 arretiert. Dann wird die optische Kontrolleinrichtung 3
durch eine Verschiebung des Arbeitsschlittens 36 zwischen die
Drucktischplatte 11 und das Drucksieb 23 gefahren. Das erste
Endoskop 32a der Kameraeinheit 40a tastet den Ausschnitt 81′
ab. Das von diesem aufgenommene und an die erste Kamera 31a
gelieferte Bild wird wie oben beschrieben verarbeitet und die
daraus gewonnene Information gelangt zur Steuer- und
Recheneinheit 45. Diese vergleicht diese Bildinformation
pixelweise mit dem abgespeicherten Referenzwert und berechnet
aus der festgestellten Abweichung der IST-Lage der
Referenzmarke 81 vom Referenzwert die Fehllage der
Leiterplatte 20. Simultan tastet das zweite Endoskop 32c den
Ausschnitt 83′ auf dem Drucksieb 23 ab und liefert diese
Bildinformation an die Kamera 31c. In der Steuer- und
Recheneinheit 45 wird die von der Kamera 31c in elektrische
Signale umgesetzte Bildinformation mit dem entsprechenden
abgespeicherten Referenzwert verglichen und daraus die
Abweichung der Referenzmarke 83 von ihrem Referenzwert
festgestellt. Dabei ist vorgesehen, daß beim Vergleich der
aktuellen IST-Lage einer Referenzmarke mit ihrem Referenzwert
extern eingebbare Parameter wie z. B. ein Kontrastfaktor oder
ein Formfaktor berücksichtigt werden. Die aus dem Vergleich
des IST-Zustandes der Referenzmarke 81 auf der Leiterplatte 20
und des IST-Zustandes der Referenzmarke 82 auf dem Drucksieb
23 mit ihrem jeweiligen Referenzwert gewonnenen Abweichungen
werden nun überlagert. Die Steuer- und Recheneinheit 45
bestimmt daraus eine errechnete SOLL-Lage der zweiten
Referenzmarke 83, bei der das zweite Druckbild auf das erste
Druckbild der Leiterplatte 20 abgeglichen ist. Darauf bestimmt
die Steuer- und Recheneinheit 45 Korrekturwerte, um welche das
Drucksieb 23 bei konstant gehaltener Lage der Leiterplatte 20
in die Richtungen 66′ und 67′ von den motorisch angetriebenen
Verschiebeschlitten 66, 67 und 68 verschoben werden muß. Die
von der Steuer- und Recheneinheit 45 gelieferten
Korrekturwerte werden über eine Leitung 46 zu einer
Schrittmotorsteuerung 47 geleitet, in der diese Korrekturwerte
in entsprechende Bewegungsschritte der über Signalleitungen
48a bis 48c mit der Schrittmotorsteuerung 47 verbundenen
Verschiebeschlitten 66, 67 und 68 umgesetzt werden. Die
Verschiebung des Drucksiebes 23 erfolgt in an sich bekannter
Weise, derart, daß immer nur einer der Verschiebeschlitten 67
oder 68 simultan mit dem Verschiebeschlitten 66 zum Einsatz
kommt. Dies bewirkt, daß der nicht bewegte Verschiebeschlitten
als fester Drehpunkt für die Bewegung des Drucksiebes 23
wirkt. Wird z. B. die Referenzmarke 83 ihrer errechneten
SOLL-Lage durch eine entsprechende Verschiebung der
Verschiebeschlitten 66 und 67 angenähert, so ändert sich die
Lage der Referenzmarke 84 nur wenig. Die Durchführung dieses
ersten Justierungsschrittes bewirkt, daß die Abweichung der
Referenzmarke 83 von ihrer errechneten Soll-Lage deutlich
verringert wird oder bereits innerhalb der gerade noch
erlaubten Toleranzen liegt. Um nun die Lage des Drucksiebes 22
weiter der errechneten SOLL-Lage anzunähern, wird auf die
zweite Kameraeinheit 40b umgeschaltet. Der vom zweiten
Endoskop 32b erfaßte Ausschnitt 82′ auf der Leiterplatte 20
wird wie oben beschrieben verarbeitet und in der Steuer- und
Recheneinheit 45 mit dem entsprechenden Referenzwert
verglichen. Analog wird mit dem vom zweiten Endoskop 32d
erfaßten Ausschnitt 84′ verfahren. Aus der Abweichung der
einzelnen IST-Lagen der Referenzmarken 82 und 84 von ihren
gespeicherten Referenzwerten wird wieder eine SOLL-Lage
errechnet und eine entsprechende Verschiebung des Drucksiebes
23 veranlaßt. Nach der Ausführung der Schlittenbewegungen wird
wieder auf die erste Kameraeinheit 40a umgeschaltet. Die Lage
der Referenzmarke 83 hat sich in Folge des von der zweiten
Kameraeinheit 40b bewirkten Justiervorganges leicht verändert.
Die Lage der Referenzmarken 81 und 82 auf der Leiterplatte 20
bleibt bekanntermaßen für jede einzelne Leiterplatte 20
konstant, da die Lage dieser Leiterplatte 20 festgehalten
wird. Aus der neuen IST-Lage der Referenzmarke 83 wird wie
oben beschrieben eine neue SOLL-Lage der Referenzmarke 83
errechnet und eine entsprechende Verschiebung durchgeführt.
Danach wird wieder auf die zweite Kameraeinheit 40b
umgeschaltet und es schließt sich ein erneuter Justiervorgang
mit Hilfe des weiteren Endoskops 32d und der Kamera 31d an.
Dieses Verfahren wird iterativ solange fortgesetzt, bis sowohl
die von der Kamera 32c festgestellte Abweichung als auch die
von der Kamera 31d festgestellte Abweichung innerhalb
vorgegebener Toleranzgrenzen liegen. Ist dieser Zustand
erreicht, so wird die optische Kontrolleinrichtung 3 durch die
Rückwärtsbewegung des Arbeitsschlittens 36 in ihre
Ruhestellung zurückbewegt und dann der Drucktisch 1 durch die
Hubeinrichtungen 12 in seine Druckstellung gebracht.
Eine besonders rasche Konvergenz des Justiervorganges wird
dadurch erreicht, daß man vor der ersten Korrekturbewegung der
Verschiebeschlitten 66, 67 und 68 die Korrekturwerte sowohl
der ersten Kameraeinheit 40a als auch der zweiten
Kameraeinheit 40b berechnet und das iterative Verfahren dort
beginnen läßt, wo die größten Abweichungen von den
Referenzwerten festgestellt werden.
Die aus dem optischen Kontrollsystem 3 (den Endoskopen 32a bis
32d und den Kameras 31a bis 31d), dem Bildverarbeitungssystem
43 und der Steuer- und Recheneinheit 45 gebildete
Steuereinrichtung erlaubt in Verbindung mit den motorisch
angetriebenen Verschiebeschlitten 66, 67 und 68 in besonders
einfacher Art und Weise eine genaue Feststellung und Korrektur
der Fehllage jeder einzelnen Leiterplatte 20 einer
Produktionsserie.
Das optische Kontrollsystem 3 der Steuereinrichtung zeichnet
sich dadurch aus, daß die für die Genauigkeit des
Abgleichvorgangs entscheidenden optischen Elemente - die
Endoskope 32a bis 32d - eine genau vorgegebene,
unveränderliche Lage zueinander einnehmen. Die dadurch
erreichte starre Relativposition der Endoskope 32a und 32c
bzw. 32b und 32d bewirkt, daß bei der Erfassung der Lage der
Referenzmarken 81 bis 84 die bei den bekannten
Flachbett-Siebdruckmaschinen auftretende Fehlerquelle - die
Bewegung eines optischen Systems bei der Registrierung
zugeordneter Referenzmarken - beim Abgleich eliminiert wird.
Die Relativlage einander zugeordneter erster und zweiter
Referenzmarken 81 bzw. 82 und 83 bzw. 84, deren IST-Positionen
die Relativlage von Leiterplatte 20 und Drucksieb 23
repräsentieren, kann nun viel genauer erfaßt werden. Dadurch
wird es besonders einfach möglich, daß bei dem Abgleich der
beiden Druckbilder eine besonders hohe Präzision erreicht
wird.
Der Einsatz der Endoskope 32a bis 32d in Verbindung mit den
auf Positionierungsschlitten 33 und 34 montierten
elektronischen Kameras 31a bis 31d bringt eine große
Flexibilität bei der Auswahl der Referenzmarken 81 und 82 mit
sich, da auf vorhandene Bohrungen oder Kanten, auf
aufgetragene Passermarken oder auf Details des ersten
Druckbildes der Leiterplatte 20 eingestellt werden kann und
daraus die korrespondierenden zweiten Referenzmarken 83 und 84
gewonnen werden. Die alternierende Verwendung der beiden
Kameraeinheiten 40a und 40b bewirkte eine rasche Konvergenz
des iterativen Abgleichvorgangs.
Der Einsatz einer Steuer- und Recheneinheit 45 erlaubt es
ferner, die Abweichungen der Referenzmarken von ihren
Referenzwerten gewichtet zu bewerten. Die optoelektronische
Steuereinrichtung besitzt aufgrund ihrer digitalen
Bildverarbeitung gegenüber analogen Systemen den Vorteil, daß
aus der von einer der Kameraeinheiten 40a und 40b gelieferten
Bildinformation und der gespeicherten Referenzwerte direkt
ein der Abweichung des Drucksiebes 23 aus seiner errechneten
SOLL-Lage über der Leiterplatte 20 proportionales
Korrektursignal gewonnen werden kann. Die durch die simultane
Erfassung zweier zugeordneter Referenzmarken 81, 83 bzw. 82,
84 ermöglichte hohe Arbeitsgeschwindigkeit des
Abgleichvorganges erlaubt eine hohe Produktionsrate der
Flachbett-Siebdruckmaschine.
Zur Überwachung des zweiten Druckvorganges kann vorgesehen
sein, daß nach Beendigung des Druckens und nach der
Rückstellung des Drucktisches 11 in seine Ladeposition das
optische Kontrollsystem 3 wieder über die Leiterplatte 20
bewegt wird. Die Endoskope 32a und 32b dienen in Verbindung
mit den Kameras 31a und 31b dann dazu, die Lage des zweiten
Druckbildes über dem ersten Druckbild zu kontrollieren. Aus
einer einwandfrei mit dem ersten und dem zweiten Druckbild
versehenen Leiterplatte 20 werden wieder zwei weitere
Referenzeinstellungen gewonnen, die die SOLL-Lage des zweiten
Druckbildes über dem ersten Druckbild repräsentieren. Die
Funktionsweise dieser Überwachung ist dem Fachmann aufgrund
der oben gemachten Ausführungen leicht ersichtlich und wird
deshalb nicht weiter beschrieben. Die neuerliche Kontrolle
nach dem Druckvorgang ermöglicht es besonders einfach, die
Druckqualität ständig zu überwachen, ohne daß dadurch
gerätetechnisch ein weiterer Aufwand bedingt würde. Dadurch
können evtl. auftretende Abweichungen sofort festgestellt und
korrigiert werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich auch dann anwendbar, wenn
z. B. bei sog. "Multi-Lagen" mehr als zwei Drucke erfolgen.
Claims (9)
1. Flachbett-Siebdruckmaschine zum Bedrucken einer
elektrischen Leiterplatte (20) mit einem ersten und einem
darauf abzugleichenden zweiten Druckbild, mit einem
Drucktisch (1) mit einer die Leiterplatte (20)
aufnehmenden Drucktischplatte (11), welche durch eine
Hubvorrichtung (12) aus einer Ladeposition, in der sie mit
der Leiterplatte beschickt wird, in eine Druckposition
unter ein Drucksieb (23) einer Druckvorrichtung (2) bewegt
wird, und mit einer elektronische Kameras (31a bis 31d)
aufweisenden Steuereinrichtung (3; 43; 45), welche nach
dem Beschicken der Leiterplatte (20) auf die
Drucktischplatte (11) die IST-Lage von auf der
Leiterplatte (20) vorhandenen ersten Referenzmarken (81,
82) erfaßt und mit zuvor erfaßten und gespeicherten
Referenzwerten vergleicht, und ferner die IST-Lage von auf
dem Drucksieb (23) festgelegten zweiten Referenzmarken
(83, 84) erfaßt und ebenfalls mit zuvor erfaßten und
gespeicherten Referenzwerten, die den zweiten
Referenzmarken (83, 84) zugeordnet sind, vergleicht, und
ferner aus den Abweichungen der IST-Lagen der ersten und
der zweiten Referenzmarken (81, 82; 83, 84) von ihren
Referenzwerten eine SOLL-Lage der zweiten Referenzmarken
(83, 84) errechnet, bei der das zweite Druckbild auf das
erste Druckbild abgeglichen ist, und daraus ein
Steuersignal ableitet, das motorisch angetriebene
Verschiebeschlitten (66, 67, 68) ansteuert, die das
Drucksieb (23) bis zum Abgleich verschieben, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kameraeinheit (40a bzw. 40b) je
zwei Kameras (31a, 31c; 31b, 31d) aufweist, von denen
jeweils die erste Kamera (31a; 31b) mit einem ersten
Endoskop (32a; 32b) und die zweite Kamera (31c; 31d) mit
einem zweiten Endoskop (32c bzw. 32d) verbunden ist, wobei
die Endoskope in genau definierter und zueinander
unveränderlicher Relativposition gemeinsam in den Raum
zwischen Leiterplatte (20) in Ladeposition und Drucksieb
(23) einschiebbar sind und jeweils das erste Endoskop auf
die Leiterplatte (20) und das zweite Endoskop auf das
Drucksieb (23) ausgerichtet ist und die ersten Endoskope
(32a; 32b) die ersten Referenzmarken (81, 82) auf der
Leiterplatte (20) und die zweiten Endoskope (32c, 32d) die
zweiten Referenzmarken (83, 84) auf dem Drucksieb (23)
erfassen.
2. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der von einem der Endoskope (32a bis
32d) erfaßte Ausschnitt (81′, 82′; 83′, 84′) so viel
größer als die zu erfassende Referenzmarke (81, 82; 83,
84) ist, so daß die Referenzmarke unter Berücksichtigung
von Verformungen, Fertigungstoleranzen und durch den
Beschickungsvorgang hervorgerufene Ablagefehler bereits
vor der Verstellung des Drucksiebes (23) durch von der
Steuereinrichtung (3; 43; 45) angesteuerte, motorisch
angetriebene Verschiebeschlitten (66, 67, 68) stets
innerhalb des Ausschnittes (81′, 82′; 83′, 84) liegt.
3. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Drucksieb (23) in einem Siebrahmen
(61) aufgenommen ist, der auf nicht angetriebenen,
verschiebbaren Kreuzschlitten (65a bis 65c), die an
Trägern (71, 72) angeordnet sind, aufliegt, und daß die
Verstellung des Drucksiebes (23) durch einen am Träger
(71) angeordneten, in einer ersten Richtung (66′)
verschiebbaren ersten Verschiebeschlitten (66), durch
einen am Träger (71) angeordneten, mit dem ersten
Verschiebeschlitten (66) verbundenen zweiten
Verschiebeschlitten (67), der in einer zweiten Richtung
(67′) verschiebbar ist, und durch einen am Träger (72)
angeordneten, in der zweiten Richtung (67′) verschiebbaren
dritten Verschiebeschlitten (68) erfolgt, wobei die
motorisch angetriebenen Verschiebeschlitten (66, 67, 68)
von einer Steuer- und Recheneinheit (45) der
Steuereinrichtung (3; 43; 45) angesteuert werden.
4. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abgleich des Drucksiebes (23)
durch die Verschiebung der Verschiebeschlitten (66, 67,
68) derart erfolgt, daß der erste Verschiebeschlitten (66)
und nur einer der beiden anderen Verschiebeschlitten (67,
68) gleichzeitig von einer Schrittmotorsteuerung (47) der
Steuereinrichtung (3; 43; 45) angesteuert wird.
5. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abgleich zwischen einer IST-Lage
und der errechneten SOLL-Lage des Drucksiebes (23) durch
Erfassen der Abweichung zwischen IST- und SOLL-Lage einer
zweiten Referenzmarke (z. B. 83) mittels einer
Kameraeinheit (z. B. 40a) und Abgleich durch Betätigung der
Verschiebeschlitten (66, 67 bzw. 66, 68) bei Feststellen
des anderen Verschiebeschlittens (68 bzw. 67) und danach
durch Erfassen der Abweichung von SOLL- und IST-Lage der
anderen Referenzmarke (z. B. 84) mittels der anderen
Kameraeinheit (z. B. 40b) und Abgleich durch Betätigung
zumindest des anderen Verschiebeschlittens (68 bzw. 67)
bei Feststellen des erstgenannten Verschiebeschlittens (67
bzw. 68), sowie danach durch abwechselnde Wiederholung
dieser Schritte solange erfolgt, bis der Abgleich gegeben
ist.
6. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 1 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen
Kameras (31a bis 31d) auf Positionierungsschlitten (33,
34) angebracht sind, welcher ihrerseits auf einem
Arbeitsschlitten (36) montiert sind, der auf einem
Transportbreiteschlitten (13) verschiebbar ist.
7. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kameraeinheiten (40a, 40b) durch
eine Verschiebung des Arbeitsschlittens (36) in den Raum
zwischen Drucksieb (23) und Drucktischplatte (11) in
Ladeposition bewegbar sind.
8. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 1 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kameraeinheiten
(40a, 40b) durch eine Verschiebung der
Positionierungsschlitten (33, 34) über der auf der
Drucktischplatte (11) aufliegenden Leiterplatte (20)
positionierbar sind.
9. Flachbett-Siebdruckmaschine nach Anspruch 1 oder einem der
folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine von den
Endoskopen (32a bis 32d) aufgenommene, von elektronischen
Kameras (31a bis 31d) in elektrische Signale umgesetzte
und an ein Bildverarbeitungssystem (43) gelieferte
Bildinformation in Bildpunkte zerlegt wird, und daß jedem
Bildpunkt ein Grauwert zugeordnet wird, der in der
Steuereinrichtung (43, 45, 47) gespeichert wird.
Priority Applications (1)
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