DE3934291C1 - Electronic components, e.g. capacitors, on PCB mounting device - has vertically shiftable component holder with clamping or grasping brackets and moved by robot - Google Patents
Electronic components, e.g. capacitors, on PCB mounting device - has vertically shiftable component holder with clamping or grasping brackets and moved by robotInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestücken von Leiterplatten mit elektrischen Bauteilen, insbesondere elektrischen Kondensatoren, die einen quaderförmigen Bauteilkörper und von dessen einen Seite abstehende Anschlußdrähte aufweisen, mit einem Greiferbacken aufweisenden Vertikalgreifer zum Ergreifen des Bauelements am Körper mit nach unten gerichteten Anschlußdrähten, der um eine vertikale Achse drehbar und vertikal bewegbar an einem Auslegerarm eines Roboters oder Handlinggeräts aufgehängt ist, und mit einer Bereitstellungsvorrichtung unterhalb des Greifers zum Bereitstellen der von diesem zu ergreifenden Bauteile.The invention relates to a device for loading Printed circuit boards with electrical components, in particular electrical capacitors that are cuboid Component body and protruding from one side Have connecting wires with a gripper jaw having vertical gripper for gripping the component on Body with connecting wires pointing downwards, around a vertical axis rotatable and vertically movable on a cantilever arm Robot or handling device is suspended, and with one Provisioning device below the gripper for Provision of the components to be gripped by this.
Bei üblichen Einrichtungen zum Bestücken der Leiterplatten mit elektrischen Bauteilen werden die Bauteile von dem Greifer an den ggf. abgebogenen Drahtabschnitten ergriffen. Hierzu besteht der Greifer aus einem Backenpaar, dessen Backen in einem dem Rastermaß zwischen den Drahtabschnitten entsprechenden Abstand voneinander angeordnet sind und vertikale Drahtführungsrillen aufweisen (vgl. z. B. DE-OS 37 03 367 und DE-PS 26 60 368).With usual facilities for Equipping the circuit boards with electrical components the components from the gripper the possibly bent wire sections. For this the gripper consists of a pair of jaws, the jaws of which are in one the grid dimension between the wire sections corresponding distance from each other and have vertical wire guide grooves (see, for example, DE-OS 37 03 367 and DE-PS 26 60 368).
Da die Anschlußdrähte der Bauteile mit den bekannten Greifern mittels der Drahtführungsrillen in einer durch maschinenfeste Koordinaten vorbestimmten Lage sind und in dem Rastermaß entsprechendem Abstand voneinander gehalten sind, ist ein problemloses Bestücken der Leiterplatte mit den Bauteilen durch Bewegungskoordinatensteuerung des Greifers und des Auslegerarms des Roboters möglich. Jedoch ist die bekannte Vorrichtung nur bei Verwendung eines sehr komplizierten Greifers (DE-PS 26 60 368) zur Handhabung von Bauteilen geeignet, deren Anschlußdrähte innerhalb des Umrisses des Bauteilkörpers liegen.Since the connecting wires of the components with the known grippers by means of the wire guide grooves in a machine-fixed Coordinates are predetermined position and in the grid dimension appropriate distance from each other is a easy assembly of the PCB with the components through movement coordinate control of the gripper and the Cantilever arm of the robot possible. However, the known one Device only suitable for handling components when using a very complicated gripper (DE-PS 26 60 368), whose connecting wires within the outline of the Component body lie.
Dies ist hingegen mit einem einfachen Greifer zum Ergreifen des Bauelementkörpers mit der Einrichtung nach dem DE-GM 85 29 429 möglich. Hierbei handelt es sich um eine Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der der Greifer am Roboterarm mittels einer arretier baren Kupplung angebracht ist, die nach Lösen eine gewisse Beweglichkeit zwischen Greifer und Roboter arm zuläßt. Das Bauelement wird in der Bereit stellungseinrichtung mit genau definierter Lage der Anschlußdrähte bereitgestellt, der Greifer bei gelöster Kupplung über den Bauelementkörper gefahren, geschlossen, die Kupplung arretiert, und nun kann das Bauelement mit genau eingehaltener Sollposition der Anschlußdrähte zur Leiterplatte verfahren und eingesetzt werden.This is, however, with a simple gripper for gripping the component body with the device according to the DE-GM 85 29 429 possible. This is a facility of the type mentioned at the gripper on the robot arm using a lock baren coupling is attached, which after loosening a certain flexibility between gripper and robot poor allows. The component is ready positioner with a precisely defined position of the Connection wires provided, the gripper when released Coupling moved over the component body, closed, the clutch locked, and now can the component with a precisely maintained target position move the connecting wires to the circuit board and be used.
Eine ähnliche Einrichtung mit einer arretierbaren Kupplung geht aus der EP-OS 1 20 159 als bekannt hervor. Solche Kupplungen sind ziemlich aufwendig und verlangen zum Lösen und Arretieren besondere Steuerungsmittel.A similar device with a lockable Coupling is known from EP-OS 1 20 159 forth. Such couplings are quite complex and require special for releasing and locking Control means.
Durch die Erfindung wird ebenfalls die Aufgabe gelöst, eine Einrichtung eingangs erwähnter Art zu schaffen und derart zu gestalten, daß die Leiterplatten auch mit Bauteilen mit innerhalb des Umrisses des Bauteilkörpers abstehenden Anschlußdrähten genau und schnell bestückt werden können.The object is also achieved by the invention, a device to create and design in the manner mentioned at the beginning, that the circuit boards with components within the Outline of the component body protruding connecting wires and can be loaded quickly.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die eine Greiferbacke greiferfest angeordnet ist und mit wenigstens einer angetrieben querbeweglichen Greiferbacke zusammenwirkt, daß die Greifflächen der Greiferbacken in horizontaler Ansicht ballig ausgeführt sind, und daß die Bereitstellungsvorrichtung eine Auflageschiene mit einem Zentrierschlitz zum Bereitstellen der Bauteile mit auf der Auflageschiene stehendem Bauteilkörper und mit ihren freien Enden nach unten in den Zentrierschlitz ragenden Anschlußdrähten sowie einen Justieranschlag aufweist, der mit dem Ende des in dem Zentrierschlitz vorlaufenden Anschlußdrahtes zusammenwirkt.This is achieved in that the one Gripper jaw is arranged fixed to the gripper and with at least a driven transverse gripper jaw cooperates, that the gripping surfaces of the gripper jaws are horizontal View are spherical, and that the Provisioning device with a support rail Centering slot to provide the components on the Support rail standing component body and with their free Ends protruding downwards into the centering slot Has connecting wires and an adjustment stop with the end of the one leading in the centering slot Connection wire interacts.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung werden daher die Bauteile nicht an ihren Anschlußdrähten, sondern an dem diesen abgewandten Ende des Bauteilkörpers ergriffen. Die Bauteile werden in dem Zentrierschlitz der Bereitstellungsvorrichtung an den Endabschnitten ihrer Anschlußdrähte exakt geführt, wobei sie nur mit ihrem Bauteilkörper auf der Auflageschiene aufliegen. Die Übergabeposition ist durch den Justieranschlag genau bestimmt, der als Bezugspunkt einer vorprogrammierten Koordinate des Auslegerarms des Roboters oder Handlinggerätes dient. Die zweite Positionskoordinate ist durch die Ebene des Zentrierschlitzes bestimmt. An der greiferfesten Greiferbacke liegt das Bauteil in der Aufnahmeposition des Greifers mit seinem zu der Zentrierschlitzebene parallelen Endabschnitt der betreffenden Seitenfläche des Bauteilkörpers an, wobei es sich infolge der balligen Ausführung der Greiferbacken notfalls etwas schräg stellen kann und die Anschlußdrähte trotzdem in der Sollposition verbleiben. Dadurch läßt sich über eine entsprechende Steuerung der Positionskoordinaten der Greiferachse und der Ausrichtung und Lage der greiferfesten Greiferbacken in Kenntnis der Endkoordinaten für das Bestücken der Leiterplatte in Abhängigkeit von den Anfangskoordinaten beim Aufnehmen des Bauteils ein schnelles und exaktes Bestücken der Leiterplatte ohne eine zusätzliche Zentrierung der Bauteile erreichen.With the device according to the invention Components not on their connecting wires, but on the gripped this opposite end of the component body. The Components are in the centering slot Provisioning device at the end portions of their Lead wires run exactly, using only their Place the component body on the support rail. The Transfer position is exact due to the adjustment stop determined as the reference point of a preprogrammed Coordinate of the boom arm of the robot or handling device serves. The second position coordinate is through the plane of the Centering slot determined. On the gripper-fixed gripper jaw the component is in the receiving position of the Gripper with its parallel to the centering slot plane End section of the relevant side surface of the component body at, it is something due to the spherical design of the gripper jaws can be inclined and the connecting wires still in the target position remain. This can be done using an appropriate control the position coordinates of the gripper axis and the alignment and position of the gripper-fixed gripper jaws with knowledge of the Final coordinates for assembling the PCB in Dependence on the starting coordinates when recording the Quick and exact assembly of the circuit board without additional centering of the components.
Die Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die Endabschnitte der Anschlußdrähte der Bauteile im genauen Rastermaß im Abstand voneinander angeordnet sind und die diese Endabschnitte der Anschlußdrähte enthaltende Ebene parallel zu demjenigen Rand des Bauteilkörpers verläuft, der an der feststehenden Greiferbacke zu liegen kommt. Dies läßt sich jedoch durch Richten der Anschlußdrähte beispielsweise mit einer Vorrichtung erreichen, wie sie in der DE-OS 38 08 458 beschrieben ist.The prerequisite for this is, however, that the Precise end sections of the lead wires of the components Grid spaced apart and the plane containing these end portions of the leads runs parallel to that edge of the component body that comes to rest on the fixed gripper jaw. This leaves however, by straightening the leads, for example achieve with a device such as that in DE-OS 38 08 458 is described.
Die bewegliche Greiferbacke dient zum Andrücken des Bauteilkörpers gegen die feststehende Greiferbacke, der Fixierung des Bauteils in dieser Andrücklage und dessen Festhalten bis zum Einsetzen in die Leiterplatte bzw. danach dem Freigeben des Bauteils. Zusätzlich werden mit der beweglichen Greiferbacke die Dickenunterschiede des Bauteilkörpers ausgeglichen.The movable gripper jaw is used to press the Component body against the fixed gripper jaw, the Fixing the component in this pressure position and its Hold on until it is inserted in the circuit board or afterwards the release of the component. In addition, with the movable gripper jaw the thickness differences of the Component body balanced.
Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung sind insbesondere, daß ein Greifertyp für alle Rastermaße und Bauteilabmessungen verwendbar ist und daher bei dem Bestücken von Bauteilen unterschiedlicher Abmessungen kein Greiferwechsel erforderlich ist. Der Bestückungsvorgang läuft aufgrund der obengenannten Merkmale schnell ab. Der Greifer gleicht die Toleranz, die Konizität und den Einzug am Bauteil im Zusammenwirken mit der Bereitstellungsvorrichtung aus. Die Bestückungstoleranzen sind klein, weil sie sich lediglich aus der Roboterungenauigkeit selbst und dem benötigten Spiel im Zentrierschlitz der Bereitstellungsvorrichtung zusammensetzen. Es wird eine gleichbleibende Genauigkeit auch bei vielen Bestückungszyklen erreicht, da der Greifer ohne Bewegungsgelenke aufgebaut ist, die die Genauigkeit beeinflussen könnten. Da die Anschlußdrähte für das Festhalten der Bauteile beim Bestückungsvorgang nicht benötigt werden, können Bauteile mit extrem kurzen Anschlußdrähten gehandhabt werden. Es ist auch möglich, die Leiterplatte gleichzeitig mit mehreren Bauteilen ohne Abstand zwischen deren Stirnflächen zu bestücken.Advantages of the device according to the invention are in particular that one gripper type for all grid dimensions and component dimensions can be used and therefore when assembling components different dimensions no gripper change is required. The assembly process is based on the above features quickly. The gripper is like that Tolerance, the taper and the indentation on the component in the Interact with the delivery device. The Assembly tolerances are small because they only differ the robot inaccuracy itself and the required game in Centering slot of the delivery device put together. It will be consistent accuracy too achieved in many assembly cycles because the gripper without Movement joints is built up that accuracy could influence. Since the connecting wires for the Do not hold the components in place during the assembly process components with extremely short lengths are required Connection wires are handled. It is also possible that Printed circuit board with several components without spacing between their end faces.
Vorzugsweise sind die unteren Enden der Greiferbacken an deren Innenseiten unter Ausbildung eines Einführkeilspaltes abgeschrägt. Hierdurch wird ein leichteres Nachführen des Greifers beim Absenken auf das bereitgestellte Bauteil herbeigeführt.The lower ends of the gripper jaws are preferably on the inside of which forms an insertion wedge gap beveled. This will make tracking easier Gripper when lowering on the provided component brought about.
Der Justieranschlag im Zentrierschlitz der Bereitstellungsvorrichtung kann in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Justieranschlag als Prismenanschlag ausgebildet.The adjustment stop in the centering slot of the Delivery device can be in any suitable manner be trained. The adjustment stop is preferred as Prism stop designed.
Die Auflageschiene der Bereitstellungsvorrichtung kann in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung einen gegenüber dem Zentrierschlitz breiteren Freischlitz über dem Zentrierschlitz aufweisen, um Lageabweichungen der Anschlußdrähte gegenüber deren freien Endabschnitten ohne Beeinträchtigung der Zentrierung der Bauteile zuzulassen. In diesem Bereich können die Anschlußdrähte beispielsweise krumm oder gegen die freien Endabschnitte der Drähte seitlich versetzt verlaufen.The support rail of the provision device can be in preferred embodiment of the invention over the Centering slot wider free slot over the Have centering slot to position deviations Connection wires opposite to their free end sections without Allow impairment of the centering of the components. In In this area, the connecting wires can be bent, for example or laterally against the free end portions of the wires run staggered.
Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung erläutert, die aus der Zeichnung wenigstens schematisch ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigtThe invention is based on a preferred embodiment the device according to the invention explained, which from the Drawing can be seen at least schematically. In the Drawing shows
Fig. 1 ein Aufbauschema der Gesamt- Bestückungseinrichtung, Fig. 1 is a configuration diagram of the total loading device,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Roboters mit dem Greifer, Fig. 2 is a side view of the robot with the gripper,
Fig. 3 und 4 je eine Seitenansicht des Greifers, FIGS. 3 and 4 each show a side view of the gripper,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Bereitstellungsvorrichtung, Fig. 5 is a plan view of the delivery device,
Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch die Bereitstellungsvorrichtung und Fig. 6 is a vertical section through the delivery device and
Fig. 7 die mit einem strichpunktierten Kreis in Fig. 5 umrissene Einzelheit. Fig. 7, with a dash-dotted circle in Fig. 5 outlined detail.
Gemäß dem Aufbauschema in Fig. 1 weist die Bestückungseinrichtung einen Roboter 5 auf, an dessen schwenkbewegbaren Auslegerarm 8 ein Greifer 6 aufgehängt ist, der mittels des Auslegerarms 8 zwischen einer Bestückungsstation 25 zum Bestücken von dort bereitgestellten Leiterplatten 1 mit elektrischen Bauteilen 2 und zwei Bereitstellungsvorrichtungen 9 verschwenkbar ist und um eine vertikale Greiferachse 7 drehbar ist. Den Bereitstellungsvorrichtungen 9 werden die Bauteile 2 aus zwei Gurtspulen 20 über eine Wendestrecke 27 zugeführt, in der sie aus ihrer horizontalen Lage in die Vertikallage gewendet werden, in der ihre Anschlußdrähte nach unten ragen.According to the construction scheme in Fig. 1, the mounting means comprises a robot 5, on whose schwenkbewegbaren arm 8, a gripper 6 is suspended, by means of the boom 8 between a loading station 25 for loading provided on these circuit boards 1 with electrical components 2 and two supply devices 9 is pivotable and is rotatable about a vertical gripper axis 7 . The components 2 are supplied to the provision devices 9 from two belt spools 20 via a turning section 27 , in which they are turned from their horizontal position into the vertical position, in which their connecting wires project downwards.
Wie deutlich auch aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Greifer 6 als Vertikalgreifer ausgebildet, der entlang der Drehachse 7 vertikal hin- und herbeweglich ist und zwei in der Grundstellung vertikale Greiferbacken 10 und 12 aufweist, von denen die eine Greiferbacke 10 um eine am oberen Greiferende angeordnete horizontale Schwenkachse 20 schwenkbar ist und von denen die andere Greiferbacke 12 relativ zum Greifer 6 feststehend angeordnet ist.As can also be clearly seen from FIG. 2, the gripper 6 is designed as a vertical gripper which can be moved vertically back and forth along the axis of rotation 7 and has two gripper jaws 10 and 12 which are vertical in the basic position, one of which has a gripper jaw 10 by one at the top Gripper end arranged horizontal pivot axis 20 is pivotable and of which the other gripper jaw 12 is arranged fixed relative to the gripper 6 .
Gemäß Fig. 3 weisen die Greiferbacken 10 und 12 jeweils eine im Vertikalschnitt ballige Greiferfläche 13 auf, von denen der Bauteilkörper 3 der Bauteile an seinem oberen, den Anschlußdrähten 4 abgewandten Rand ergriffen wird, wohingegen die unteren Enden 17 der Greiferbacken 10, 12 unter Ausbildung eines sich nach unten öffnenden Einführkeilspaltes abgeschrägt sind. Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, daß die querbewegliche Greiferbacke mit der feststehenden Greiferbacke 12 über eine Rückstellfeder 11 verbunden ist, von welcher die bewegliche Greiferbacke 10 nach dem Öffnen des Greifers 6 mittels eines nicht gezeigten Antriebes wieder in die Ausgangslage zurückgezogen wird. Referring to FIG. 3, the gripper jaws 10 and 12 each have a convex in vertical section of the gripper surface 13, of which the component body is gripped 3 of the components at its top, the lead wires 4 edge facing away from the lower ends 12 whereas 17 of the gripper jaws 10, to form of an insertion wedge gap opening downwards are chamfered. From Fig. 3 it can also be seen that the cross-movable gripper jaw is connected to the fixed gripper jaw 12 via a return spring 11 , of which the movable gripper jaw 10 is pulled back into the starting position after opening the gripper 6 by means of a drive, not shown.
Aus den Fig. 5 bis 7 ist die Bestückungsvorrichtung 9 ersichtlich, die eine horizontale Auflageschiene 14 mit einer Schlitzführung aufweist, die aus einem unteren Zentrierschlitz 13 und einem darüberliegenden Freischlitz 19 besteht. Das zugeführte Bauteil steht mit seinem Bauteilkörper frei auf der horizontalen Oberseite der Auflageschiene 14 und ragt mit den Enden seiner Anschlußdrähte 4 in den Zentrierschlitz 13 hinein, so daß das Bauteil in der Ebene seiner die freien Endabschnitte der beiden Anschlußdrähte 4 enthaltenden Ebene ausgerichtet wird. Der Zentrierschlitz 13 endet an einem Anschlag 16, der im dargestellten Fall als Prismenanschlag mit zwei einen Keilraum begrenzenden schrägen Anschlagflächen ausgebildet ist (Fig. 7), und welcher mit dem freien Endabschnitt des in Zuführrichtung, die in Fig. 5 durch einen Pfeil angegeben ist, vorlaufenden Anschlußdrahtes 4a zum exakten Definieren der Endbereitstellungslage des Bauteils zusammenwirkt.From FIGS. 5 to 7 the mounting means 9 can be seen, having a horizontal support rail 14 with a slot guide, which consists of a lower locating slot 13 and an overlying free slot 19. The component supplied is free with its component body on the horizontal upper side of the support rail 14 and protrudes with the ends of its connecting wires 4 into the centering slot 13 , so that the component is aligned in the plane of its plane containing the free end sections of the two connecting wires 4 . The centering slot 13 ends at a stop 16 , which in the case shown is designed as a prism stop with two oblique stop surfaces delimiting a wedge space ( FIG. 7), and which with the free end section in the feed direction, which is indicated in FIG. 5 by an arrow , leading connecting wire 4 a cooperates to exactly define the final ready position of the component.
Da die Bestückungsvorrichtung 9 relativ zum Ständer des Roboters 5 ortsfest ist, befinden sich die parallelen und im exakt vorbestimmten Rastermaß im Abstand voneinander angeordneten vertikalen Endabschnitte der Anschlußdrähte 4 in im Bewegungskoordinatensystem des Roboters genau definierter Lage. Vorausgesetzt, die den Anschlußdrähten 4 abgewandte eine Oberkante des Bauteilkörpers 3, die mit der greiferfesten Greiferbacke 12 bei der Bauteilaufnahme in Kontakt kommt, verläuft parallel zu der die Endabschnitte der Anschlußdrähte 4 enthaltenden Ebene, wird somit das Bauteil von dem Greifer ebenfalls in innerhalb des Bewegungskoordinatensystems exakt definierter Lage ergriffen, wodurch eine genaue Steuerung der Bauteilposition für das Absenken in die zugeordneten Löcher der Leiterplatte ermöglicht ist.Since the mounting device 9 is stationary relative to the stand of the robot 5 , the parallel and at precisely spaced vertical end sections of the connecting wires 4 are located in a precisely defined position in the movement coordinate system of the robot. Provided that the upper edge of the component body 3 facing away from the connecting wires 4 , which comes into contact with the gripper-fixed gripper jaw 12 when the component is picked up, runs parallel to the plane containing the end sections of the connecting wires 4 , the component is thus also within the movement coordinate system by the gripper precisely defined position, which enables precise control of the component position for lowering into the assigned holes in the circuit board.
Durch die leichte Balligkeit der Greifflächen 13 (Fig. 3) der Greiferbacken 10 und 12 werden die Abmessungstoleranzen und Lagetoleranzen der Bauteile sowie die Konizität und der Einzug am Bauteil ausgeglichen. Die Breitenunterschiede der Bauteile werden mit der beweglichen Greiferbacke 10 ausgeglichen. Um Verwölbungen des mit der beweglichen Greiferbacke 10 in Kontakt kommenden Bauteilkörperrandes auszugleichen, können mit der feststehenden Greiferbacke 12 mehrere gesondert federnd beaufschlagte Greiferbacken 10a und 10b (Fig. 4) vorgesehen sein.Due to the slight crowning of the gripping surfaces 13 ( FIG. 3) of the gripper jaws 10 and 12 , the dimensional tolerances and positional tolerances of the components as well as the taper and the indentation on the component are compensated for. The differences in width of the components are compensated for with the movable gripper jaw 10 . In order to compensate for warping of the component body edge coming into contact with the movable gripper jaw 10 , a plurality of gripper jaws 10 a and 10 b ( FIG. 4) which are acted upon in a spring-loaded manner can be provided with the fixed gripper jaw 12 .
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