SE457685B - Flerkanalig laegesdetekteringsanordning - Google Patents

Description

457 685 2 nämnda modulerade signaler och nämnda fotodetektors utgangssignaler, vari- genom minimal dämpning av varje modulerad signal fran signalsändande organ indikerar ledningens läge i förhållande till halens läge i kretskortet.

I ett i det följande beskrivet föredraget utförande är en flerkana- lig lägedetekteringsanordning anordnad för lokalisering av ett avsett öpp- ningsmönster i en yta som exempelvis i ett tryckt kretskort förefintliga hal för anslutningsledarna hos en komponent. Pa ena sidan om kretskortet är en fotodetektor anordnad i närheten av det avsedda öppningsmönstret. Åtmins- tone tva stralare är anordnade pa ytans motsatta sida. Kopplingsorgan alstrar en distinkt modulerad signal för varje stralare, som i sin tur alstrar en rnodulerad utsignal för vilken fotodetektorn är känslig. Den frân stralaren utsända signalen som avkänns av fotodetektorn är dämpad i beroende av sitt förhållande till ytan och öppningen. Ytterligare kopplingsorgan är känsliga för bade den modulerade signalen och utsignalen fran detektorn sa att en separat utsignal alstras för varje stralares utsignal. Minimal dämpning av utsignalen fran en stralare indikerar rätt inställning av stralaren i förhållande till öppningen, medan större dämpning indikerar felinställning.

Uppfinningen framgar närmare av följande beskrivning av ett föredraget exempel i anslutning till de bifogade ritningarna, pa vilka fig. l schematiskt visar en manipulator för komponenter med ett flertal anslutningsledare, varvid vissa delar är bortskurna för att konstruktionen skall klarare framgå, fig. 2 schematiskt illustrerar radiell rörelse och vridningsrörelse som astad- koms vid användningen av denna komponentmanipulator, fig. 3 och 4 illustrerar ett optiskt aterkopplingssystem med tillämpning av uppfinningen, och fig. 5 illustrerar ett beröringsstyrt aterkopplíngssystem. 457 685 3 Den flerkanaliga lägedetekteringsanordningen enligt uppfinningen är synnerligen lämpad för användning i kombination med en manipulatoran- ordning avsedd för isättning _av komponenter i tryckta kretskort. Det må emellertid framhållas att denna detekteringsanordnings användningsområde inte är begränsat till användningen med ett enda apparatutförande, utan kan användas i samband med vilken anordning som helst som kräver lägesinforma- tion vid ett flertal ställen. Speciellt medger denna detekteringsanordning en mångfald lägesbestämningar inom ett synnerligen begränsat utrymme.

En apparat för hämta, rikta in och sätta in en komponent med ett flertal anslutningsledare i rätta monteringshål i ett kretskort illustreras i fig. 1 och är som helhet betecknad ll. Apparaten, eller manipulatoranordningen, 11 är avsedd att användas med en tillgänglig datorstyrd industriell manipula- tor och är monterad på en sådans rörliga arm 13 medelst en bärplatta 15.

Mellan dessa är vanligen en inställbar anordning 16 anordnad. Bärplattan 15 fungerar dessutom som stomme, vilken bär manipulatoranordningens ll individuella strukturella komponenter. Minst två och företrädesvis tre sym- metriskt anordnade instâllningsorgan 17 är anordnade i förbindelse med bärplattan 15, varvid det må nämnas att, ehuru användningen av två symmetriskt anordnade inställningsorgan möjliggör manipulering av kompo- nenter med två anslutningsledare, exempelvis motstånd och kondensatorer, möjliggör tre symmetriska inställningsorgan manipulering av såväl komponen- ter med två anslutningsledare som komponenter med tre anslutningsledare, exempelvis transistorer. Varje inställningsorgan 17 omfattar ett för styrning av en komponentanslutningsledare anordnat styrorgan 19, som ligger an mot en ledare 21 hos en elektronisk komponent 23. Ledarstyrorganet 19 bärs av en arm 25, som kan utföra radiell rörelse och svängningsrörelse' i förhållande till en gripare 27, som visas med pilar 29 respektive 31. Svängningsrörelsen hos armen 25 åstadkoms av drivorgan, såsom exempelvis en servogalvanometer 33, vilken kan åstadkomma en sådan rörelse med stor noggrannhet. Servogal- vanometern 33 bärs av en släde 35, som kan röra sig utmed en gejd 37, vilken är anordnad i bärplattan 15. Drivorgan, exempelvis en servomotor 39 för linjär radiell förskjutning, kan bibringa släden 35 en rörelse utmed gejden via en gängad drivaxel 41. Det av armen 25 burna styrorganet 19 för komponent- anslutningsledare manipuleras sålunda såväl radiellt som med vridning för fattning och inställning av komponentledaren 21. Den radiella och svängande rörelsen hos armen kan åstadkommas antingen var för sig eller samtidigt på sätt som senare kommer att beskrivas. 451 ess 4 Griparen 27 har fingrar 43, som griper den elektriska komponent 23 som skall manipuleras. F ingrarna 43 är rörliga fran ett 'slutet läge till ett med streckprickade linjer visat öppet läge, pilen 45. F ingrarna 43 pâverkas av en 'griparkolv 47, som i typfallet kan vara pneumatiskt påverkad. Griparkol- ven 47 och griparen 27 som helhet bärs av en böjlig anordning 49, exempelvis en böjlig rnotoraxelkoppling, som bibringar griparen 27 en viss rörlighet för manipulering, vilket underlättar inriktning av komponentledarna och införan- det av ledarna i det tryckta kretskortet. _ Den böjliga anordningen 49 à bade buren av och i vertikalled manipulerbar i förhållande till bärplattan lS med en axel 51, som hör till en drivanordning, exempelvis en servomotor 53 för linjär förskjutning. Servomo- torn 53 arbetar i beroende av en mellan den böjliga anordningen 49 och axeln Sl anordnad signalomvandlare 55. Signalomvandlaren 55 ger en beröringsstyrd återkoppling till servomotorn S3 främst vid isättningen av komponenten i kretskortet S7.

Fig. 2 illustrerar schernatiskt funktionen hos det symmetriska instäliningsorganet 17 hos manipulatoranordningen ll med avseende pa ra- dial- och vridningsrörelse med en komponent med tre anslutningar visad med heldragna linjer och en komponent med tva anslutningar visad med streck- prickade linjer. Beträffande treledarkomponenten 23 framgar att atyrorganet 19 hos samtliga instållningsorgan l7a till l7c har en konkav sätesyta 99, som ligger an mot en komponentledare 21. Den konkava ytan 99 häller ledaren sa att injusteringar av ledarlâget kan åstadkommas genom armrörelser. Om en tvaledarkomponent 23a skall manipuleras, används blott inställnlngsorganen l7a och l7h. Därvid kan inställningsorganet l7c dras undan fran komponenten och/eller skjutas at sidan fran komponenten med servogalvanometern 33. Ett läge hos instâllningsorganet l7c vid manipuleringen av en tvaledarkomponent visas med streckprickade linjer.

Kombinationen av radial- och vridningsrörelse oberoende av va- randra i varje inställningsorgan 17 möjliggör användning av en enda manipula- toranordning för en mångfald olika komponentstillämpningar. Därmed kan en enda industriell manipulator effektivt utnyttjas vid tillverkning av kretskort med komponenter som har olika ledarkonfigurationer.

De optiska och kontakterande aterkopplingsegenskaperna beskrivs speciellt i anslutning till fig. 3, 4 och 5. Som tidigare nämnts möjliggör arrangemanget av servomotorn 39 och galvanometern 33 i varje inställninge- organ 17 en styrbar rörelse hos komponentledarna i tva riktningar. Genom samverkan med det optiska aterkopplingssystemet, som nagot schematiskt 457 685 5 framgår av fig. 3, kan de tidigare nämnda drivorganen, servogalvanometern 33 och servomotorn 39, åstadkomma. en "hemgång" mot centrum av det hål 60 i kretskortet 57, genom vilket ledaren skall införas.

Det optiska återkopplingssyatemet enligt denna uppfinning inne- fattar en IR-ljusstrålare 61, som är belägen vid undre delen 63 av styrorganet 19. En fotodioddetektor 65 är anordnad under kretskortet 57, så att ett koordinerat förhållande föreligger mellan det hål i vilket komponentledaren skall införas och fotodioddetektorn 65. I en version anordnas exempelvis fotodioddetektorn 65 l ett fast läge och kretskortet S7 hålls i en rörlig ramanordning, som ställer in kretskortet i förhållande till fotodioddetektorn 65 på sätt som passar för ifrågavarande isättningsuppgift. Ljuset från ljuskällan 61 går genom hålet 59 för komponentledaren i kretskortet till den under hålet 59 anordnade fotodioden. Den strålning från ljuskâllan som träffar fotodioddetektorn 65 omvandlas till en elektrisk utsignal, som år en funktion av storleken av den strålning som går genom hålet. 59. Denna utsignal blir som störst när ljusstrålen 61 ligger i hålets 59 riktning. Därmed är komponentiedarens relation till kretskortets ledarhål känd. Utsignalnivån fungerar som styrsignal till servomotorn 39 och servogalvanometern 33.

Det mångkanaliga lägesdetekteringssystemet enligt uppfinningen utnyttjar frekvensdelningsmultiplexering, vid vilken en kontinuerlig utsignal åstadkoms och spänningsfel som orsakas av störsignaler på grund av ljus i omgivningen väsentligen elimineras.

Frekvensdelningsmultiplexeringen innefattar modulering av varje ljuskälla så att dess intensitet får formen A. cos 2 nf(t). De tre strålarna har av varandra oberoende växling och tas samtliga emot av samma detektor. För en variation f(ri) hos den izte ljuskällan är detektorns utsignal: 3 Ef(ri).cos2flfi(t); i=1 Det funktionella beroendet ligger i amplituden, vilket gör det möjligt att skilja ljussignalen från både likströms- och nätspänningsstör- ningar. Ett enkelt högpassfilter förhindrar inverkan av ljus i omgivningen och nätfrekvensstörningar.

Det finns många sätt på vilka kanalseparationen kan genomföras, exempelvis användning av bandpassfilter och demodulering av kanalerna med användning av multiplikatorer. Ett föredraget utförande innebär multiplika- 457 685 6 tion av detektorns utsignal med bärfrekvens för synkron detektaring. Detta framgar klart genom att man betraktar detektorutsignalen som ett antal amplitudmodulerade vagor och trigonometriskt har: co$(A)cos(B) = åcoáA-B) + QCOSUÄ + B) Multiplikationen av detektorns utsignal med bärvagen ger en term proportio- nell mot f(rí) och en term som innehåller summan och skillnaden av bärvagen och de j:te komponenterna av detektorutsignalen, där j i i. De inte önskade termerna kan elimineras med användning av ett bandpassfilter.

Synkron detektering med användning av en multiplikator medför ett acceptabelt signal/störning-förhàllande, hög okänslighet med avseende pa frekvensdrift hos oscillatorn och kortare svarstid, jämfört med ett bandpass- system. ' Fig. lt visar schematiskt ett multiplikatordemoduleringssystem enligt uppfinningen i en manipulator för en treledarkornponent som tidigare beskriven i anslutning till fig. 1. De aktuella kanalfrekvenser som valts för demodulationen kan variera, varför de här angivna värdena blott är att anse som ett exempel för ett demodulatorsystem enligt uppfinningen. Kanalfrek- venserna i det visade utförandet hade valts till 40, 50 och 6D kHz för kanalerna “a“, "b" respektive "c". För att tillfredställa kraven pa kanalband- bredd och meddelandebandbredd är anordningsfrekvensen här begränsad till under 100 kHz bandbredd. Meddelandebandbredden antas vara l kHz, vilket sålunda medger en kanalbandbredd pa minst 2 kHz. En meddelandebandbredd pa 1 kHz medger snabbt svar vid lägesändringar. Kanalbandbredden 10 kHz möjliggör användning av filter av första och andra ordning för uppnaendet' av god separation. Bandbredden ger en säkerhetsfaktor för det osannolika fall att en kanaloscillator skulle driva.

Kanalen "a" innehåller en oscíllator 67a, som ger en signal med en första förvald frekvens till sändardrivkretsen 69a och multiplikatorn 7la och en IR-stralare 6la. Kanalen "b" har en oscillator 67b, som ger en signal med en andra förvald frekvens till sändardrivkretsen 69b och multiplikatorn 7lb, samt en lR-stralare 6lb. Kanalen "c" har en oscillaïor 67c, som ger en tredje förvald frekvens till multiplikatorn 71c och drivkretsen 69c och innefattar en lR-stralare 6lc. F otodioddetektorn 65 är anordnad under kretskortet vid en förutbestämd plats för en komponentdel. En förstärkarkrets 73 och ett högpassfilter 75 leder den av fotodioddetektorn 65 upptagna signalen till de tre multiplikatorerna 7la-7lc. Varje multiplikator avger genom sitt tillhöran- de lagpassfilter 77a-77c en utsignal som motsvarar graden av eventuellt förekommande dämpning, härrörande fran lägerelationen hos kretskortets 457 685 7 ledarhal 60 och lR-stralarna. Utsignalerna används som insignaler till en servomotorstyrkrets och en galvanometerstyrkrets för verkställande av mani- pulatorfingrarnas lägesjustering.

Användningen av frekvensdelningsmultiplexering enligt uppfin- ningen möjliggör samtidig lägesmätning för olika oberoende relativa rörelser.

När komponentledarna har förflyttats till läge, skjuts komponen- ten pa plats så att varje ledare 21 förs in i rätt hal i kretskortet. Denna uppgift genomförs av drivanordningen 53, som styrs av ett berörings- eller kraftaterkopplingssystem, schematiskt visat i fig. S. En signalomvandlare 55 utgörs av en piezoelektrisk belastningscell, som avger en spänning i beroende av ändringar i axiell kraft pa komponentledarna vid isättningen. Det dynamis- ka svaret hos denna signal tillräckligt snabbt för att förhindra böjning av komponentledarna för det fall att ett ledarhal inte ligger i linje. Dessutom är signalomvandlaren tillräckligt känslig för att ge en kraftberoende signal i motsvarighet till de friktionskrafter som uppstår i styrytorna hos fingrarna 19 och i kretskortets hal 60. F riktionssignalen och den lägesinformation som kan erhållas fràn den linjära servomotorn 53 ger information, som är tillräcklig för att verifiera att komponenten införts pa rëtt sätt i kretskortet 57.

Det beskrivna är ett flerkanaligt optiskt detektionssystem för bestämning av ett flertal av varandra oberoende relativa rörelser. Ehuru det sagda har varit inriktat pa en trekanalig systemtillämpning, har detta skett blott för att illustrera uppfinningen. Det flerkanaliga optiska systemet enligt uppfinningen kan sålunda ooksa ha blotttva kanaler eller flera än tre kanaler med val av kanalfrekvenser med ledning av vad som sagts i anslutning till fig. 3 och ä. 457 685 8 Identifierínq av vissa pa ritningarna använda hänvísníngsbeteckningar Reh-nr. Eg: Gripare 27 3 Servogalvanometer 33 3 Servomotorer 39 3 Griparkolv 47 5 Linjär servomotor 53 5 Trycksignalomvandlare 55 5 Kënnare (fotodíoddetektor) 65 3 Oscillator 1 67a 4 Oscillator 2 67b 4 Oscillator 3 67c 4 Högpassfílter 10 kHz 75 4 Làgpassfilter 5 kHz 77a 4 Lagpassfilter 5 kHz 77b 4 Lagpassfílter S kHz 77c 4

Claims (5)

457 685 PATENTKRAV

1. Flerkanalig lägesdetekteringsanordning för industriell manipula- tor, som har individuella organ (17) för att paverka och manipulera var sin av separata ledningar (21) i en med flera ledningar försedd komponent (23) för införande av nämnda ledningar i ett förutbestämt mönster av hal (60) i ett kretskort (57), k â n n e t e c k n a d av att den innefattar ett första stral- ningssändande organ (61) i ett av nämnda ledningspaverkande organ nära ledningen (21) och åtminstone ett andra stralningssändande organ (61) i ett annat av nämnda ledningspaverkande organ (l9); en fotodetektor (65) anordnad under nämnda halmönster (60) i kretskortet (S7); oscillatororgan (67) för att alstra en distinkt modulerad signal för vart och ett av de signalsändande organen (61), varvid vart och ett av de sígnalsändan- de organen (61) alstrar en modulerad utgangssignal, för vilken fotodetektorn (65) reagerar och nämnda utgångssignal, som mottages av fotodetektorn (65) dämpas i beroende av huruvida utgangssignalen passerar genom hålet (60) i kretskortet eller spärras åtminstone delvis av kretskortet (57), varigenom fotodetektorn (65) alstrar en utgangssignal som reagerar pa det signalsändan- u de organets utgangssignal; och kretsar (71 och 77) anordnade att reagera pa var och en av nämnda modulerade signaler och nämnda fotodetektors utgangssignaler, varigenom minimal dämpning .av varje modulerad signal fran sigrialsändande organ indikerar ledningens (Zl) läge i förhållande till halens (60) läge i kretskortet.

2.' Lägesdetekteríngsanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den industriella manipulatorns paverkningsorgan (17) innefattar rörel- seorgan (33 och 39) för att styra deras rörelse och ledningens (21) rörelse, och att nämnda rörelseorgan (33 och 39) är anordnade att reagera pa utgangs- signalen fran nämnda kretsar (71 och 77) i beroende av den modulerade signalen och fotodetektorns utgangssignal.

3. Lägesdetekteringsanordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda kretsar (71 och 77) vilka reagerar pa var och en av nämnda moduler-ade signaler och detektorns utgangssignaler, är en frekvensdelande krets (71), som åstadkommer en utgangssignal, för vilken nämnda rörelseor- gan (33 och 39) i paverkningsorganen (77) reagerar. 457 685 ll]

4. Lägesdetekteringsanordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att den industriella manipulatorn har tre individuella ledningspaverkande organ (17, 19), och ett signalsändande organ (61) är anordnat i vart och ett av nämnda ledningspaverkande organ (19), samt att oscillatororganen (67) för ett alstra en moduler-ad signal för varje signalsändande organ (61) innefattar en oscillator (67) och en infraröd signalsändande drivkrets (69).

5. Lägesdetekteringsanordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda kretsar (71 och 77), som reagerar pà detektorns utgangssignal, innefattar en förförstärkare (73) och filteranordníngar (75).