DE4109573C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Lochen gedruckter Leiterplatten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Lochen gedruckter Leiterplatten

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Lochen einer gedruckten Leiterplatte sowie ein Verfahren zur Durchführung einer Lochung mit einer solchen Vorrichtung.
Bei einem herkömmlichen Verfahren (JP-A-62-9809) zum Lochen einer gedruckten Leiterplatte werden Referenzmuster zum Identifizieren von Lochungspositionen, die auf der gedruckten Leiterplatte ausgebildet sind, über TV-Kameras abgebildet und es werden Bildsignale gespeichert. Basierend auf diesen Bildsignalen werden mittige Stellungen bzw. Positionen der Muster durch eine Bildverarbeitungseinrichtung berechnet. Die mittigen Positionen der Muster werden gelocht bzw. perforiert, nachdem die gedruckte Leiterplatte übereinstimmend mit den be­ rechneten Werten auf einem XY-Tisch in XY-Richtungen bewegt worden ist.
Wenn eine Vielzahl von Löchern in einer einzigen gedruckten Leiterplatte auszubilden ist, dann wird in einem Abschnitt ein Lochen nach dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Nachdem die gedruckte Leiterplatte bewegt worden ist, wird das nächste Loch mittels des gleichen Verfahrens gebohrt.
Bei dem herkömmlichen Lochungsverfahren wird lediglich eine einzige Lochungseinrichtung eingesetzt. Wenn eine Vielzahl von Positionierlöchern in einer einzigen gedruckten Leiterplatte auszubilden sind, ist es deshalb erforderlich, daß der gleiche Vorgang zweimal oder mehrmals durchgeführt wird. Wenn ein Fehler zwischen den die Lochungspositionen anzeigenden Mustern vorhanden ist, dann wird dadurch die Lochung unmittelbar beeinflußt. Es wird somit die Genauigkeit beeinflußt, mit der Landbereiche von Verdrahtungsmustern, die in einem nächsten Schritt hergestellt werden, gelocht bzw. perforiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Lochen einer gedruckten Leiterplatte und ein Verfahren zur Durchführung einer Lochung mit dieser Vorrichtung zu schaffen, bei denen ein möglicher Fehler zwischen Referenzmustern zum Identifizieren von Lochungspositionen während der Lochung gleichmäßig korrigiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 bzw. einem Verfahren gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren und die Vorrichtung wird anhand der Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht im wesentlichen entlang der Linie E-E nach Fig. 3,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer ersten Lochungseinrichtung A,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Schnittes im wesent­ lichen entlang der Linie F-F nach Fig. 2,
Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäße Vor­ richtung,
Fig. 5 ein Flußdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren,
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht einer gedruckten Leiterplatte,
Fig. 7 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Standard­ lehre, und
Fig. 8 bis Fig. 11 Beispiele für anhand einer Rechenschaltung durchgeführte Berechnungen.
In Fig. 6 ist eine gedruckte Leiterplatte 1 mit einem nicht dargestellten Leitungsmuster aus Kupfer mit auf dem Kupfer angeordneten Referenzmustern 11, 12 versehen, durch die zu perforierende bzw. lochende Positionen identifiziert bzw. vorgegeben werden. Ein Abstand L′ zwischen den Referenzmustern 11, 12 umfaßt einen Lochungsabstand L und einen Fehler, der von einer Verformung der gedruckten Leiterplatte während oder nach dem Aufbringen einer gedruckten Schaltung oder der­ gleichen herrührt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die erfindungsgemäße Lochungsvorrichtung zum Lochen ein Paar von Lochungsein­ richtungen A, B auf, die relativ zueinander bewegbar sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Lochungseinrichtung A beweglich, während die zweite Lochungs­ einrichtung B feststehend angeordnet ist. Durch Drehen einer Schraubspindel C wird die Lochungseinrichtung A bewegt, wobei an deren Unterseite angeordnete Rollen R (Fig. 2) auf Schienen D, D laufen. Die Lochungseinrichtung A ist in eine Stellung A′ und von dieser bewegbar. Aufgrund dieser Anordnung ist der Abstand zwischen den Lochungseinrichtung A, B einstellbar, so daß eine Anpassung hinsichtlich verschiedenartiger gedruckter Leiterplatten mit unterschiedlichen Lochabständen vorgenommen werden kann. Aufgrund der unterschiedlichen Größe der gedruckten Leiterplatten ergeben sich unterschiedliche Abstände zwischen Perforationen bzw. Löchern. Die Lochungseinrichtungen A, B umfassen Bohrer 61, 61B, die als auf XY-Tischen befestigte Lochungselemente eingesetzt sind. Die Positionen der entsprechenden Bohrer sind in XY-Richtungen mittels einer jeweiligen Vorschubeinrichtung 6 genau einstellbar. Einzelheiten der Vorschubeinrichtung sind nicht Gegenstand der Erfindung und werden daher nicht weiter beschrieben. Die erste und die zweite Lochungseinrichtung A,B weisen den gleichen Aufbau auf, so daß im folgenden lediglich die Lochungseinrichtung A detailliert beschrieben wird. Die Beschreibung gilt entsprechend für die Lochungseinrichtung B.
Wie aus den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schnitten der Lochungseinrichtung A ersichtlich, ist ein Arbeitstisch 2 an einer oberen Fläche eines Gehäuses 21 festgelegt. Eine Be­ festigungsplatte 22 für die gedruckte Leiterplatte 1 ist auf dem Arbeitstisch 2 vorgesehen, der zwischen dem Bohrer 61 und einer gegenüberliegenden TV (Fernseh)-Kamera 4 bewegbar ist. Die Leiterplatte 1 ist auf der Befestigungsplatte 22 mittels einer Leiterplattenhalteeinrichtung 8 festgelegt, deren Einzelheiten nicht Gegenstand der Erfindung sind und daher nicht weiter beschrieben werden.
Eine Lichtstrahleinrichtung 3, die schräg unterhalb des Ti­ sches 2 angeordnet ist, strahlt Licht in Richtung zu der auf der Befestigungsplatte 22 angeordneten Leiterplatte 1. Die Referenzmuster 11, 12 zum Identifizieren von Lochungs­ positionen werden von oberhalb des Tisches 2 angeordneten TV- Kameras, wie beispielsweise einer ersten TV-Kamera 4 und einer in Fig. 4 dargestellten zweiten TV-Kamera 4B aufgenommen. Von diesen TV-Kameras aufgenommene Bildsignale werden über eine Bildverarbeitungseinrichtung 5 verarbeitet. Es werden damit deren Mittenpositionen erfaßt. Die erfaßten Werte werden einer Lochungssteuereinheit (CPU) 7 zugeführt. Ausgehend von den erfaßten Werten wird eine im nachfolgenden beschriebene arithmetische Berechnung über eine Rechenschaltung 71 durchgeführt. Ein berechneter Wert wird der CPU 7 zugeführt und gleichzeitig in einer Speicherschaltung 72 abgespeichert. Die CPU 7 steuert den Antrieb der XY-Tische und der Lochungs­ einrichtungen A, B. Über eine Eingabeeinheit 10 können Eingabe (Einstell)-Werte für den Abstand L zwischen auszubildenden Löchern oder dergleichen in die CPU 7 eingegeben werden. Der Abstand L wird dann in der Speicherschaltung 72 abgespeichert.
Im Betrieb wird eine Leiterplatte 1 in einer vorgebbaren Stellung auf der Abdeckung 22 angeordnet und ein nicht dargestellter Startschalter eingeschaltet. Dadurch wird das vordere Ende eines Armes 87 der Leiterplattenhalteeinrichtung 8 abgesenkt; ein Druckstück 803 wird entsprechend abgesenkt. Die Leiterplatte 1 wird derart gehalten und festgelegt. Eine untere Fläche des Druckstückes 803 hält die Oberfläche der Leiterplatte 1 gleichmäßig. Auf die Leiterplatte 1 wirkt keine Vorspannkraft.
Erfindungsgemäß werden die beiden Referenzmuster 11, 12 zum Identifizieren von Lochungspositionen simultan erfaßt. Der Abstand zwischen den Mustern L′ wird berechnet. Weiter wird ein Fehler zwischen dem Abstand L′ und dem Zwischenabstand zwischen den auszubildenden Löchern bzw. dem Lochabstand L ermittelt. Dieser Fehler wird halbiert. Mit den halbierten Werten korrigierte Lochungspositionen werden ausgehend von den Mustern berechnet. Der Fehler wird den beiden Lochungs­ stellungen zugeordnet und es wird dann eine Lochung durch­ geführt.
Als nächstes wird eine Rechenoperation der Rechenschaltung 71 erläutert.
In Fig. 7 ist ein Standardmaß bzw. eine Standardlehre K mit zwei Löchern k1, k2 dargestellt, die exakt mit einem vor­ gebbaren Zwischenabstand 1 ausgebildet sind.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist die Standardlehre K in das Paar von Lochungseinrichtungen A, B einsetzbar. Die Positionen eines Paars von TV-Kameras sind mit PA, PB bezeichnet. Es wird vorausgesetzt, daß eine die beiden Kameras verbindende Linie eine X-Achse darstellt, während eine dazu orthogonal verlaufende Linie eine Y-Achse darstellt. Mit p wird ein Abstand zwischen den beiden TV-Kameras bezeichnet. Mit 1 ist der Abstand der beiden Löcher der Standardlehre K bezeichnet. Ein Abstand zwischen den beiden Löchern in Richtung der X- Achse wird mit lX bezeichnet, während ein Abstand in der Y- Richtung zwischen den Löchern mit lY bezeichnet wird. Die beiden Löcher k1, k2 werden über das Paar von TV-Kameras abgebildet. Durch die Bildverarbeitungseinrichtung 5 werden Koordinaten (x1, y1) des Loches k1 und Koordinaten (x2, y2) des Loches k2 erfaßt. Basierend auf diesen erfaßten Werten wird der Abstand p zwischen den TV-Kameras wie folgt berech­ net:
Als nächstes wird die Lochungseinrichtung A um eine der Dif­ ferenz (L-p) zwischen dem Lochabstand L und dem TV-Kame­ raabstand p entsprechende Entfernung bewegt. Durch diese Be­ wegung wird der Abstand der TV-Kameras PA, PB in Überein­ stimmung mit L gebracht.
Die zu lochende Leiterplatte oder dergleichen 1 wird nach­ folgend in den beiden Lochungseinrichtungen A, B angeordnet. Die Referenzmuster 11, 12 zum Identifizieren der Lochungspo­ sitionen werden abgebildet. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, werden durch die Bildverarbeitungseinrichtung 5 Mittenkoordinaten (x3, y3) des Musters 11 sowie Mittenkoordinaten (x4, y4) des Musters 12 erfaßt. Ein Abstand L′ zwischen den beiden Mustern wird ausgehend von diesen erfaßten Werten berechnet. Der Abstand L′ in X-Richtung wird ermittelt durch die Beziehungen:
Damit ist der Zwischenabstand L′ zwischen den Mustern be­ rechnet.
In bezug auf den derart berechneten Abstand L′ der Positionen der Löcher 11a, 12a wird dann der Lochungsabstand L berechnet. In diesem Fall wird ein Fehler zwischen den Abständen L′ und L gleichmäßig beiden Seiten zugeordnet, wodurch die Lochungspositionen ermittelt werden.
In Fig. 10 ist ein Loch 11a vergrößert dargestellt. Ausgehend von der TV-Kamera PA werden mit (x5, y5) die Mittenkoordinaten des Loches 11a bezeichnet, das nach einer Korrektur des Fehlers übereinstimmend mit den Koordinaten (x3, y3) des Musters 11 auszubilden ist, und es wird θ der Winkel bezeich­ net, der zwischen der die Muster 11, 11a verbindenden Linie und der X-Achse liegt. Damit ergeben sich die folgenden Be­ ziehungen
In entsprechender Weise werden die in Fig. 9 dargestellten Koordinaten (x6, y6) des nach einer Modifikation des dem Mu­ ster 12 zugeordneten Fehlers auszubildenden Loches 12a be­ zeichnet. Damit ergeben sich die folgenden Beziehungen:
Als nächstes wird eine Rechenoperation zur Ausbildung eines dritten Loches 13 beschrieben. Für das dritte Loch 13 ist vorgesehen, daß es rückwärtig an der Vorderseite der Lei­ terplatte auszubilden ist. Bei dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel ist das dritte Loch in einem Abstand M von dem zuvor genannten Loch 12a angeordnet. Das dritte Loch ist so positioniert, daß eine die Löcher 12a, 13 verbindende Linie senkrecht zu den Löchern 11a, 12a verläuft.
Zur Berechnung der Mittenkoordinaten (x7, y7) des dritten Loches 13 werden, wie aus Fig. 11 ersichtlich, die folgenden Beziehungen verwendet:
Diese Rechenoperationen werden mittels der Rechenschaltung 71 durchgeführt. Es wird deshalb der Abstand L′ zwischen den Mustern 11, 12 ausgehend von der Gleichung 1 ermittelt. Die Koordinaten (x5, y5) der auszubildenden Löcher 11a, 12a werden über die Gleichungen (2), (3), (4) und (5) ermittelt. Die Mittenkoordinaten (x7, y7) des auszubildenden Loches 13 werden über die Gleichungen (6), (7) oder (6)′, (7)′ ermittelt.
Die Position des dritten Loches ist nicht auf das obige Bei­ spiel beschränkt. Bei einer anderen Position kann die Berech­ nung der Lochposition in der entsprechenden Weise durchgeführt werden.
Anhand des Flußdiagramms von Fig. 5 wird eine erfindungsgemäße Lochung beschrieben.
Wenn der Abstand p zwischen den beiden Lochungseinrichtungen noch nicht bekannt ist (a), dann wird die Standardlehre K eingesetzt (b). Die Löcher k1, k2 werden über die TV-Kameras 4, 4B in der beschriebenen Weise abgebildet (c). Durch die Bildverarbeitungseinrichtung 5 werden deren Positionen erfaßt (d) . Der Zwischenabstand zwischen den Kameras p wird in der beschriebenen Weise über die Rechenschaltung 71 berechnet (e).
Wenn auf der anderen Seite der Abstand zwischen auszubildenden Löchern bzw. der Lochungsabstand p bekannt ist (a), oder wenn die Schritte (b)-(e) abgeschlossen sind, dann wird der Abstand L zwischen den auszubildenden Löchern von der CPU 7 an die beiden Lochungseinrichtungen A, B weitergegeben. Die Lochungseinrichtungen A, B werden zu den Lochungspositionen, d. h. zu solchen Positionen bewegt, daß die TV-Kameras 4, 4B mit dem Abstand L übereinstimmen (g). Anschließend werden die Lochungselemente bzw. Bohrer 61, 61B gegenüberliegend den TV- Kameras 4, 4B angeordnet (h) . Diese Positionen sind die Anfangspositionen für die beiden Lochungseinrichtungen A, B.
Als nächstes wird eine zu lochende gedruckte Leiterplatte oder dergleichen 1 angeordnet (i). In der zuvor beschriebenen Weise werden die Referenzmuster 11, 12 zum Identifizieren der Lochungspositionen über die Kameras abgebildet (j). Über die Bildverarbeitungseinrichtung 5 werden die Musterpositionen erfaßt (k) . Wie oben beschrieben, werden mittels der Rechen­ schaltung 71 die Lochungspositionen 11a, 12a berechnet (m), wobei der Fehler halbiert und korrigiert wird. Die Lochungs­ elemente 61, 61B der beiden Lochungseinrichtungen A, B werden zu diesen Lochungspositionen unter einer Steuerung durch die CPU 7 (n) verschoben. Dabei werden die beiden Löcher ausgebil­ det (q).
Wenn ein drittes Loch ausgebildet wird (r), dann werden die Daten für die dritte Lochungsposition, die über die Rechen­ schaltung 71 ermittelt (m) und in dessen Speicherschaltung (72′) abgespeichert worden sind, über die CPU 7 aufgerufen. Die Lochungselemente 61 oder 61B werden zu der dritten Lochungsposition unter einer Steuerung durch die CPU 7 ver­ schoben (s), wobei die Lochung durchgeführt wird (t). Die Lochungselemente 61, 61B kehren in ihre den Kameras 4, 4B ge­ genüberliegenden Positionen zurück. Wenn ein drittes Loch nicht zu lochen ist, dann kehren die Lochungselemente 61, 61B unmittelbar in ihre Positionen gegenüberliegend den Kameras 4, 4B zurück (u). Nach diesem Schritt wird die Lochung abge­ schlossen und die gedruckte Leiterplatte 1 wird entnommen (v)
Wenn Lochungen kontinuierlich durchzuführen sind (w), dann werden aufeinanderfolgend gedruckte Leiterplatten angeordnet (i) . Die oben beschriebenen Bearbeitungsschritte werden dann solange wiederholt bis keine zu lochenden Leiterplatten übrig sind.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird auf eine Vor­ richtung bezug genommen, bei der Licht von der unterhalb den Kameras liegenden Seite ausgestrahlt wird, und bei der von den an der oberen Seite angeordneten Kameras ein übertragenes Abbild bzw. Bild der Muster empfangen wird. Die erfindungsge­ mäße Vorrichtung ist jedoch nicht auf diese beispielhafte An­ ordnung beschränkt. Gemäß einer weiteren möglichen Anordnung wird das Licht von der gedruckten Leiterplatte reflektiert, so daß ein reflektiertes Abbild davon empfangen wird.
Daneben sind die Lochungselemente nicht auf die Ausbildung als Bohrer beschränkt, sondern es können vielmehr auch Preß- bzw. Lochstempel oder dergleichen eingesetzt werden. Weiterhin sind die Lochungselemente in beliebiger Weise antreibbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Lochen umfaßt die Schritte gemäß denen, die beiden Referenzmuster zum Identifizieren der Lochungspositionen, die an der gedruckten Leiterplatte ausge­ bildet sind, erfaßt werden. Weiterhin wird der dazwischenlie­ gende Abstand berechnet und es wird ein Fehler zwischen diesem Abstand und einem vorbestimmten Abstand berechnet. Die Lochungspositionen werden dadurch berechnet, daß dieser Fehler halbiert wird und die beiden Löcher können simultan aus­ gebildet werden. Es wird somit selbst dann, wenn ein kleiner Fehler zwischen den Musterpositionen vorhanden ist, automa­ tisch eine Korrektur durchgeführt. Es werden somit keine Er­ zeugnisse von herabgesetzter Qualität hergestellt. Durch das simultane Ausbilden der beiden Löcher wird die Arbeitszeit reduziert.
Die erfindungsgemäße Lochungsvorrichtung ist zum simultanen Erfassen der beiden Muster und zum Durchführen des Lochens mittels eines Paares von Lochungseinrichtungen geeignet. Das Lochen kann genau und schnell erfolgen. Ein Paar von Lochungseinrichtungen ist relativ zueinander bewegbar und somit ist eine Anpassung für ein Lochen von gedruckten Lei­ terplatten verschiedener Größen möglich.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Lochen einer gedruckten Leiterplatte (1), auf der mindestens zwei die Position herzustellender Löcher kennzeichnende Referenzmuster (11, 12) ausgebildet sind, umfassend:
zwei relativ zueinander bewegliche Lochungseinrichtun­ gen (A, B), die jeweils ein in zwei zueinander senkrechten Richtungen (XY) bewegliches Lochungswerkzeug (61, 61B) und diesem gegenüberliegend eine TV-Kamera (4, 4B) aufweisen,
einer Halterung (22) zum Halten der Leiterplatten (1) jeweils zwischen dem Lochungswerkzeug (61, 61B) und der TV-Kamera (4, 4b) bei­ der Lochungseinrichtungen (A, B),
einer Bildverarbeitungseinrichtung (5) zur Ermittlung der Positionen der Referenzmuster (11, 12) aus den von den TV-Kameras (4, 4B) beim Aufnehmen der Referenzmuster (11, 12) gewon­ nenen Bildsignalen,
einer Rechenschaltung zur Berechnung des Abstandes (L′) zwischen den Referenzmustern (11, 12) aufgrund der ermittel­ ten Positionen, zur Berechnung eines etwaigen Fehlers zwi­ schen dem berechneten Abstand (L′) und einem vorgegebenen Sollabstand (L) zwischen den herzustellenden Löchern (11a, 12a) und zur Berechnung von gegenüber den ermittelten Positio­ nen der Referenzmuster (11, 12) korrigierten Lochungspositionen unter Einbeziehung des errechneten Fehlers, und
einer Lochungssteuerschaltung (7) zur Positionierung der Lochungswerkzeuge (61, 61B) an der jeweiligen errechneten Lochungsposition und zur Durchführung der Lochung.
2. Verfahren zur Durchführung einer Lochung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend die Schritte:
  • a) Einstellen der beiden Lochungseinrichtungen (A, B) in einem bekannten Abstand (p),
  • b) Aufnehmen der beiden Referenzmuster (11, 12) mit den TV-Kameras (4, 4B) der beiden Lochungseinrichtungen (A, B),
  • c) Verarbeiten der von den beiden TV-Kameras geliefer­ ten Bildsignale zur Ermittlung der Positionen der beiden Referenzmuster (11, 12),
  • d) Errechnen des Abstands (L′) zwischen den beiden Referenzmustern (11, 12) auf der Grundlage der ermittelten Positionen und des bekannten Abstands (p) zwischen den beiden Lochungs­ einrichtungen (A, B),
  • e) Berechnen eines etwaigen Fehlers zwischen dem er­ rechneten Abstand (L′) zwischen den Referenzmustern (11, 12) und einem vorgegebenen Sollabstand (L) zwischen den herzustellenden Löchern (11a, 12a),
  • f) Berechnen von Lochungspositionen durch Korrektur der ermittelten Positionen der Referenzmuster (11, 12) jeweils um den hal­ ben Wert des errechneten Fehlers, und
  • g) Bewegen der Lochungswerkzeuge (61, 61B) in jeder der Lochungseinrichtungen (A, B) zur jeweiligen Lochungsposition und Durchführung der Lochung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Schritt a)
  • a1) vor Einsetzen der zu lochenden Leiterplatte (1) eine Standardlehre (K), die zwei Löcher (k1, k2) in einem vorgegebenen Abstand (1) aufweist, in die Vorrichtung ein­ gesetzt wird,
  • a2) die Positionen der beiden Löcher (k1, k2) anhand der von den beiden TV-Kameras (4, 4B) abgegebenen Bildsignale ermittelt werden, und
  • a3) der Abstand (p) zwischen den beiden TV-Kameras auf der Basis der ermittelten Positionen und des bekannten Ab­ stands (1) zwischen den Löchern (k1, k2) errechnet wird.
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