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Die
Erfindung betrifft ein Leiterplatten-Bestückungssystem mit mindestens
einer beweglichen Leiterplattenaufnahme, die, bestückt mit
einer Leiterplatte, zu einem Erfassungsort transportiert wird, an welchem
die Platte mit Bauelementen bestückt
werden kann, und mit einer Erfassungseinrichtung, welche in Vorbereitung
der Bestückung
der Leiterplatte mit Bauelementen die Leiterplattenstellung ermittelt.
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Stand der
Technik
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Leiterplatten-Bestückungssysteme
dieser Art sind Fachleuten allgemein bekannt. Sie dienen bei der
Bestückung
von Leiterplatten wie auch bei der Hybridfertigung dazu, auf Leiterplattenaufnahmen transportierte
Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen zu bestücken. Eine
unbestückte
Leiterplatte wird auf einer Leiterplattenaufnahme einem Erfassungsort
zugeführt,
an dem mit Hilfe einer Erfassungseinrichtung die Leiterplattenstellung
für den Bestückungsvorgang
ermittelt wird. Wenn die zu bestückende
Platte am Erfassungsort ankommt, hebt die Erfassungseinrichtung
die Platte an. Die Bestückung
mit Bauteilen erfolgt im Allgemeinen bei angehobener Platte. Nach
Abschluss des Bestückungsvorgangs
wird die Platte abgesenkt und wird auf ihrem Weg weiter transportiert,
sodass eine nachfolgende Platte den Erfassungsort erreichen kann.
Die Einrichtungen, mit Hilfe welcher die Platte mit Bauelementen
bestückt
wird, sind dem Fachmann allgemein bekannt und werden daher nicht
näher beschrieben.
Die Ermittlung der Lage der Leiterplatte erfolgt durch die Erfassungseinrichtung,
welche auf der Leiterplatte vorhandene Ausrichtmarkierungen, auch
als Passmarken bezeichnet, erkennt. Die Erfassung kann beispielsweise
mit Hilfe einer Kamera ermöglicht
werden, die ein Suchfenster überwacht.
Am Erfassungsort lassen sich Positionsabweichungen der Leiterplatten
mit Hilfe von bekannten Leiterplatten-Bestückungssystemen erkennen, die
beispielsweise Abweichungen erfassen werden, die auf unterschiedliche
Ausrichtstellungen, auf Fertigungstoleranzen und/oder Bauteiltoleranzen
zurückzuführen sind,
die dann mit Hilfe von Software vor dem Bestückungsvorgang berücksichtigt
werden können.
Von Nachteil ist jedoch, dass es den bekannten Leiterplatten-Bestückungssystemen
an der notwendigen Genauigkeit mangelt, die für die Lageerfassung der Leiterplatten
erforderlich ist, insbesondere bei der Montage von Bauteilen mit
sehr geringen Toleranzen (vor allem bei sehr kleinen Bauelementen,
wie sie beispielsweise in der Hybridfertigung oder bei Hochfrequenzschaltungen
verwendet werden), welche nicht zufriedenstellend oder nur mit sehr
hohem Aufwand ausgeführt
werden kann.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Leiterplatten-Bestückungssystem
bereitzustellen, das in einfacher Weise eine genauere Positionierung
von Leiterplatten vor dem Bestücken derselben
mit Bauteilen erlaubt, d. h. eine höhere Wiederholgenauigkeit bietet,
und zwar zusammen mit einer automatischen Erkennung von Passmarken,
die auf Werkstücke
transportierenden Werkstückträgern vorhanden
sind, und insbesondere von Leiterplattenträgern, welche Leiterplatten
transportieren. Ferner soll ein entsprechendes geeignetes Verfahren
angegeben werden.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Bereitstellung
einer Ausrichteinrichtung gelöst,
welche die Leiterplattenaufnahme am Erfassungsort in eine Vorausrichtstellung
bringt. Die Ausrichteinrichtung macht es möglich, die Leiterplatten aufnahme am
Erfassungsort vorauszurichten, also in eine Vorausrichtstellung
zu bringen, bevor die Lage der von der Leiterplattenaufnahme transportierten
Leiterplatte mit Hilfe der Erfassungseinrichtung ermittelt wird. Die
am Ort des Bestückungsvorgangs
nacheinander ankommenden Leiterplattenaufnahmen werden von der Ausrichteinrichtung
mit sehr hoher Wiederholgenauigkeit in Position gebracht, sodass
die von den Leiterplattenaufnahmen gehaltenen Leiterplatten am Erfassungsort
mit der hohen Wiederholgenauigkeit in ihren jeweiligen Stellungen
platziert werden können. Aufgrund
der quasi vernachlässigbaren
Positionsunterschiede der positionierten Leiterplatten am Erfassungsort
kann der Erfassungsbereich der Erfassungseinrichtung verkleinert
werden und kann diese daher mit einer höheren Auflösung der Bilderkennung, die
ein kleineres Sichtfeld als bisher abdeckt, betrieben werden, was
zu einer höheren
Erfassungsgenauigkeit führt,
die wiederum zu einer höheren
Genauigkeit beim Erkennen der Passmarken auf den Leiterplatten und
der Leiterplattenstellungen führt und
ferner eine schnellere und exaktere Lagebestimmung zulässt. Der
auf dieser Lageerfassung basierende Bauteilbestückungsvorgang lässt sich
daher ebenfalls sehr exakt, fehlerfrei und einfach durchführen. Erfindungsgemäß können die
Einrichtungen, mittels welchen Leiterplattenaufnahmen zu dem Erfassungsort
transportiert werden, in jeder beliebigen, geeigneten Weise realisiert
sein, beispielsweise als ein Transportband, auf dem die Leiterplattenaufnahmen
in geordneten Reihen platziert sind. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Ausrichteinrichtung
als mechanische Ausrichteinrichtung, beispielsweise als schräges Auflaufelement,
das auch als Auflaufschräge
bezeichnet ist, und/oder als elektromagnetische Ausrichteinrichtung
ausgebildet sein, d. h. es werden mechanische und/oder elektromagnetische
Kräfte
genutzt, um zu bewirken, dass die als Werkstückträger dienenden Leiterplattenaufnahmen eine
Vorausrichtstellung einnehmen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Ausrichteinrichtung mindestens einen ortsfesten
Seitenanschlag auf, der mit der Leiterplattenaufnahme bei oder nach
der relevanten Bewegung der Auflaufschräge zusammenwirkt. Der Seitenanschlag
ist demnach – in
Richtung der Auflaufschräge
gesehen – seitlich
des Transportweges der Leiterplattenaufnahmen angeordnet und dient
als feststehender, mechanischer Seitenanschlag für die Leiterplattenaufnahmen.
Wenn als Transportmittel beispielsweise das bereits erwähnte Transportband (endloses,
umlaufendes Band) verwendet wird, so kann der Seitenanschlag an
einem der Längsseiten des
Bandes ortsfest am Maschinengestell angeordnet sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Ausrichteinrichtung mindestens ein Verlagerungselement
auf, welches die Leiterplatte gegen den Seitenanschlag schiebt.
Das Verlagerungselement kann passiv ausgebildet sein, d. h. es kann
ortsfest angeordnet und selbst nicht angetrieben sein, oder es kann
ein aktives Verlagerungselement darstellen, das die Leiterplattenaufnahmen quer
in Bezug auf die Achse der Auflaufschräge mittels eines Aktuators
beaufschlagt. Dieser Aktuator kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch
oder elektromagnetisch angetrieben sein. In jedem Falle wird das
Verlagerungselement jedoch die Vorausrichtstellung der Leiterplattenaufnahme
in einer Richtung × eines
Koordinatensystems, die quer, insbesondere in einem 90°-Winkel (karthesisches
Koordinatensystem) zur Richtung y der Auflaufschräge liegt,
sicherstellen.
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Sofern
das Verlagerungselement aus mindestens einer Auflaufschräge gebildet
ist oder diese umfasst, die in einer Richtung quer zur Achse der Auflaufschräge wirkt,
wird die Bewegung der Leiterplattenaufnahme entlang der Auflaufschräge bewirken,
dass diese ausgerichtet wird, d. h. sie wird sich in y-Richtung
bewegen und läuft
dabei gleichzeitig auf das Verlagerungselement auf und wird durch
die besagte Auflaufschräge
quer zur Achse der Auflaufschräge
abgelenkt und dabei gegen den Seitenanschlag geführt, sodass dann bewirkt werden
kann, dass sie eine Vorausrichtstellung in x-Richtung einnimmt.
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Die
Zuführbewegung
der Leiterplattenaufnahme wird bevorzugt mittels einer Stoppeinrichtung beendet,
d. h. die Leiterplattenaufnahme kommt am Erfassungsort zum Stillstand,
sodass dort die Passmarkenerkennung der transportierten Leiterplatte
optimal ausgeführt
werden kann. Wenn die Passmarkenerfassung zur Positionsbestimmung
genutzt wurde, gibt die Stoppeinrichtung die Leiterplattenaufnahme wieder
in y-Richtung frei, sodass ein Weitertransport derselben beginnen
kann oder beginnt.
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Die
zuvor erwähnte
Auflaufschräge
kann auf vielerlei Weise realisiert sein. Bei dieser Realisierung kommt
es nicht darauf an, dass eine Ebene, vorzugsweise eine vertikale
Ebene rechtwinklig zur Zuführbewegungsrichtung
existiert; mehrteilige Formen und auch von der Ebene abweichende
Formen wie beispielsweise Kurvenformen usw. sind ebenfalls möglich. Entscheidend
ist allein, dass die Wirkung einer Auflaufschräge erzielt werden kann, d.
h. dass die Leiterplattenaufnahme gegen den Seitenanschlag gedrängt werden
kann.
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Bevorzugt
kann vorgesehen sein, dass die Auflaufschräge elastisch verformbar ist.
Dies kann beispielsweise durch Verwendung einer Feder, insbesondere
einer Blattfeder, erreicht werden. Eine solche Feder wird eine spielfreie
Anlage der entsprechenden Leiterplattenaufnahme am Seitenanschlag am
Erfassungsort gewährleisten.
Wenn die erwähnte elastische
Verformbarkeit besteht, kann der Abstand zwischen der Auflaufschräge und dem
Seitenanschlag etwas kleiner als die Breite der Leierplattenaufnahme
sein, sodass eine einlaufende Leiterplattenaufnahme die Auflaufschräge entsprechend
ihrer größeren Breite
verformt. Bei nicht-elastischer Ausbildung der Auflaufschräge muss
der Abstand zwischen der Auflaufschräge und dem Seitenanschlag ebenso
groß sein
wie die Breite der Leiterplattenaufnahme, um einerseits möglichst
Spielfreiheit zu erzielen und andererseits ein Verklemmen derselben zu
vermeiden.
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Dem
Erfassungsort kann – bezogen
auf die Zuführbewegung – ein Führungskanal
für eine
Grobausrichtung der Leiterplattenaufnahmen vorgeordnet sein. Dieser
Führungskanal
wird eine Breite aufweisen, die etwas größer als die Breite der Leiterplattenaufnahmen
ist, sodass diese, wie beispielsweise etwa Werkstückträger mit
quadratischem oder rechteckigem Grundriss, also Werkstückträger, die
keinen runden Grundriss aufweisen, durch die Kanalwände grob
ausgerichtet werden können,
sodass am Erfassungsort die Vorausrichtstellung mit nur noch sehr geringer
weiterer Ausrichtverlagerung eingenommen werden kann.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Positionieren von Leiterplatten
in einem Leiterplatten-Bestückungssystem,
bei dem mindestens eine bewegliche, mit einer Leiterplatte bestückte Leiterplattenaufnahme
einem Erfassungsort zugeführt wird,
wo die Leiterplattenposition in Vorbereitung des Bestückungsvorgangs
ermittelt wird, wobei bewirkt wird, dass die Leiterplattenaufnahme
am Erfassungsort in eine Vorausrichtstellung gebracht wird und wobei
die Lage der Leiterplatte in der Vorausrichtstellung ermittelt wird.
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Wenn
vorliegend bisweilen der Begriff "Vorausrichtstellung" anstatt des Begriffs "Ausrichtung" verwendet wird,
so soll dies zum Ausdruck bringen, dass die Vorausrichtstellung
vor dem Bestückungsvorgang
eintritt, welcher eine absolut korrekte Kenntnis der Leiterplattenstellung
erfordert und welcher daher auch eine hundertprozentig exakte Kenntnis der
Leiterplattenpositionierung erfordert, die nur aus der Erfassung
der Passmarken der Leiterplatte am Erfassungsort abgeleitet werden
kann.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung soll nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden,
in welchen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Leiterplatten-Bestückungssystems
mit einer Ausrichteinrichtung zeigt;
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2 eine
perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten
Ausrichteinrichtung zeigt; und die
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3a–3c mehrere
Zustände
zeigen, bei denen eine Leiterplattenaufnahme einem Erfassungsort
zugeführt
wird, wo sie gemäß den Ausführungsformen
aus den 1 und 2 in eine
Vorausrichtstellung gebracht wird.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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1 zeigt
ein Leiterplatten-Bestückungssystem 1 mit
einer beweglichen Leiterplattenaufnahme 2, die eine Leiterplatte 3 in
reproduzierbarer Lage aufgenommen hat und die in Richtung des Pfeils 4 in der
y-Richtung einem Erfassungsort 5 zugeführt wird. Das Leiterplatten-Bestückungssystem 1 umfasst
am Erfassungsort 5 eine Erfassungseinrichtung 6 und eine
die zugeführte
Leiterplattenaufnahme 2 in eine Vorausrichtstellung bringende
Ausrichteinrichtung 7. Die Ausrichteinrichtung 7 weist
einen Seitenanschlag 8 und ein Führungselement 9 auf,
die mit Abstand parallel zueinander angeordnet sind und durch welche ein
Führungskanal 10 für eine Grobaus richtung
der Leiterplattenaufnahme 2 gebildet ist. Die Ausrichteinrichtung 7 beinhaltet
ferner ein ortsfestes, vorstehendes schräges Auflaufelement 11,
auch als Auflaufschräge
bezeichnet, das in Richtung der Längserstreckung des Führungskanals 10 betrachtet
(y-Richtung) im mittleren Bereich des Führungskanals 10 angeordnet
ist, und zwar in solcher Weise, dass die Auflaufschräge 11 mit
dem ortsfesten Führungselement 9 verbunden
ist und dass sie ferner quer zur y-Richtung angeordnet ist. Das
Bezugszeichen 18 (strichpunktierte Linien) stellt in 1 ein
Leiterplatten-Aufnahme-
und Transportsystem dar, das beispielsweise in Form eines endlos
umlaufenden Transportbandes realisiert sein kann und auf dem mit Leiterplatten 3 bestückte Leiterplattenaufnahmen 2 angeordnet
sind und in y-Richtung zum Erfassungsort 5 transportiert
werden.
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Die
Erfassungseinrichtung 6 weist ein Suchfenster 12 auf,
das in Längserstreckung
des Führungskanals 10 gesehen
etwa in gleicher Höhe
wie die Auflaufschräge 11 angeordnet
ist. Auf der Leiterplatte 3 sind vorzugsweise mehrere,
und mindestens zwei, voneinander beabstandete Passmarken 13 befestigt,
und eine geeignete Anzahl und Anordnung von Suchfenstern 12 ist
vorgesehen, um auch Drehlagefehler um die vertikale Achse der Leiterplatte 3 beziehungsweise
der Leiterplattenaufnahme 2 zu erfassen. Dies ist in 1 mit
Hilfe einer gestrichelten Linie dargestellt. Jedes Suchfenster 12 weist einen
optisch aktiven Suchabschnitt 14 auf. Die Erfassungseinrichtung 6 beinhaltet
eine Zentraleinheit 15, die über ein Kabel 16 funktional
mit einem Suchfenster 12 verbunden ist, sodass die über ein
Suchfenster 12 ermittelten Daten, welche die Position der Passmarke 13 betreffen,
zur Ermittlung der Leiterplattenposition an die Zentraleinheit 15 übermittelt werden
können.
Die Auflaufschräge 11 weist
eine Breite H auf, die geringfügig
größer ist
als die Breite B des Führungskanals 10 abzüglich der
Breite b der Leiterplattenaufnahme 2, wobei die Breite
B des Führungskanals 10 größer als
die Breite b der Leiterplattenaufnahme 2 ist und wobei
die Auflaufschräge 11, die
quer zur y-Richtung verläuft,
elastisch und nachgiebig ausgebildet ist. Hierauf wird nachstehend noch
näher eingegangen.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung der Ausrichteinrichtung 7.
Der Seitenanschlag 8 und das Führungselement 9 sind
jeweils mittels Schrauben 19 an einer Wandung 16, 17 eines
als endlos umlaufendes Transportband ausgebildeten Leiterplatten-Aufnahme-
und Transportsystems 18 befestigt. Die Auflaufschräge 11,
die als Blattfeder 20 ausgebildet ist, ist an dem Führungselement 9 befestigt. Die
Blattfeder 20 weist eine rechteckige Form auf, deren Längsseite
erheblich länger
ausgebildet ist als deren kürzere
Seite. Sie ist an ihren beiden Enden jeweils mittels einer Schraube 21, 22 in
jeweils einem einzelnen Langloch 23, 24 des Führungselements 9 derart
befestigt, dass sie sich bogenförmig
erstreckt und daher die in den Führungskanal 10 hineinragende
Auflaufschräge 11 bildet.
In gleicher Höhe
wie die Blattfeder 20 ist, in Längserstreckung des Führungskanals 10 gesehen,
zwischen den beiden Wandungen 16, 17 des Leiterplatten-Aufnahme- und Transportsystems 18 ein
Abstandhalter 25 angeordnet, der den Transport in keinster
Weise behindert und der einen festen und gleichmäßigen parallelen Abstand zwischen
dem Seitenanschlag 8 und dem Führungselement 9 in
dem Bereich des Erfassungsorts 5 sicherstellt. Ferner ist
in y-Richtung gesehen stromabwärts
der Auflaufschräge 11 eine
Stoppeinrichtung 26 angeordnet, und diese kann automatisch
in den Transportweg der Leiterplattenaufnahmen 2 hineingebracht
und automatisch aus diesem entfernt werden. Die Stoppeinrichtung 26 dient
dazu, die relevante y-Bewegung (Zuführbewegung) der jeweiligen
Leiterplattenaufnahme 2 zu stoppen, d. h. die Leiterplattenaufnahme 2 trifft
mit ihrer Vorderwand 33 gegen die in ihrer Stoppstellung
angeordnete Stoppeinrichtung 26, wodurch die Leiterplattenaufnahme
2 im Bereich des Erfassungsorts 5 stehen bleibt. Das vorliegend
als endloses, umlaufendes Transportband ausgebildete Leiterplatten-Aufnahme- und Transportsystem 18 kann
dabei weiterlaufen, d. h. es wird unter der gestoppten Leiterplattenaufnahme 2 durchrutschen.
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Nachfolgend
werden die vorstehende Vorrichtung und die mit dieser ausführbaren
Vorgänge zum
Positionieren von Leiterplatten 3, d. h. zum Erfassen von
Passmarken auf den Leiterplatten 3, mit Bezugnahme auf
die 3a, b und c detaillierter beschrieben. Gemäß 3a wird
eine im Grundriss rechteckförmige
Leiterplattenaufnahme 2 zusammen mit der Leiterplatte 3 in
Richtung des Pfeils 4 zum Erfassungsort 5 transportiert.
Gemäß 3b ist
die Leiterplattenaufnahme 2 mit ihrem vorderen Bereich bereits
von dem Führungskanal 10 aufgenommen.
In diesem Führungskanal 10 hat
die Leiterplattenaufnahme 2 im Vergleich zu der Position
in 3a bereits eine Grobausrichtung erfahren. Die
Leiterplattenaufnahme 2 wird weiter in Richtung des Pfeils 4 transportiert,
sodass sie an der Längsseite 28 der Leiterplattenaufnahme 2 in
Kontakt mit der Auflaufschräge 11 kommt,
und zwar derart, dass die Leiterplattenaufnahme 2 mit ihrer
anderen Längsseite 34 gegen
den Seitenanschlag 8 gedrückt wird. Diese Verschiebung
erfolgt in einer Richtung quer in Bezug auf die Zuführrichtung,
d. h. in der x-Richtung, und dadurch wird eine entsprechende Vorausrichtstellung erzielt.
Die in dieser Weise positionierte Leiterplattenaufnahme 27 wird
danach in Richtung des Pfeils 4 so lange weiterbefördert, bis
sie bei Erreichen der aktivierten Stoppeinrichtung 26 in
eine Stoppposition gebracht wird, in der sie dann in der Zuführrichtung (y-Richtung)
als auch in der Richtung quer dazu (x-Richtung) ausgerichtet ist
und sich in Vorausrichtposition befindet. Vorzugsweise stehen die
x- und y-Richtung rechtwinklig zueinander. Aufgrund dieser Vorausrichtstellung
kann die Passmarke 13 (und gegebenenfalls mehrere Passmarken)
der Leiterplatte 3 von dem Suchfenster 12 der
Erfassungseinrichtung 6 exakt und ohne nennenswerte Suchanstrengungen erfasst
werden, sodass die Erfassungseinrichtung 6 eine schnelle
Ermittlung der Leiterplattenposition ausführen kann. Da die mit Hilfe
der Ausrichteinrichtung 7 und der Stoppeinrichtung 26 erzielte
Stellung der Leiterplattenaufnahme 2 auch bei den nachfolgenden
Leiterplattenaufnahmen des Leiterplatten-Bestückungssystems 1 in
gleicher Weise erzielt werden kann, ist eine hohe Wiederholgenauigkeit und
eine schnelle Datenerfassung bei der Ermittlung der Leiterplattenposition
möglich.
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Bei
einer nicht dargestellten Modifikation ersetzt ein Aktuator die
passive Auflaufschräge 11.
Der Aktuator kann dabei beispielsweise eine Stößeleinrichtung darstellen.
Diese schiebt eine Leiterplattenaufnahme zur Ausrichtung bei deren
Ankunft am Erfassungsort in der x-Richtung gegen den Seitenanschlag 8.
Die hierbei gleichfalls vorhandene Stoppeinrichtung 26 stellt
sicher, dass die Leiterplattenaufnahme 2 in der y-Richtung
angehalten wird, sodass insgesamt eine Vorausrichtstellung am Erfassungsort
erzielt wird.