WO2007090483A1 - Positionierarm für einen bestückautomaten zum bestücken von substraten mit elektrischen bauteilen - Google Patents

Positionierarm für einen bestückautomaten zum bestücken von substraten mit elektrischen bauteilen Download PDF

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positioning
base body
positioning arm
placement machine
electrical components
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Robert Conrad
Peter Drexel
Mohammad Mehdianpour
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws

Definitions

  • Positioning arm for a placement machine for equipping substrates with electrical components
  • the invention relates to a positioning arm for a piece head of a placement machine for equipping substrates with electrical components and a placement with such a positioning.
  • substrates in a placement machine are provided with electrical components by means of a placement head.
  • the mounting head is usually moved by means of a ver ⁇ mobile positioning arm in a placement plane above the substrate to be equipped.
  • it may be a steel beam that is at least, coupled at one end with a drive system, for example a Linearmo ⁇ tor.
  • a drive system for example a Linearmo ⁇ tor.
  • a connecting element such as a flange aufwei ⁇ sen.
  • This separate connection element has to be laboriously and costly attached to the steel beam, for example by screw.
  • the screw connections are never completely free of play, which has a negative effect on the positioning accuracy. Furthermore cause screw connections ⁇ a significant increase in the weight of the positioning nierarms.
  • a positioning according to claim 1 comprises a base body made of steel and a molded body made of aluminum attached thereto, wherein the molded body is molded onto the base body. Since the casting temperature or melting temperature of aluminum is significantly lower than that of steel, the casting of the molded body and the base body can be done, for example, by immersing the solid base body at least partially in a corresponding casting mold for the shaped body containing aluminum melt , The steel heats up to the casting temperature of the aluminum and expands without melting itself. Upon cooling, the aluminum solidifies and solidifies. Since the shaped body of aluminum shrinks more on further cooling than the base body made of steel, builds on the portion at which the molded body is cast onto the base body, a high
  • Cast molded body any shapes can be realized, which brings a high degree of flexibility. Furthermore, the connection between the main body and the molded body is absolutely free of play and extremely strong. Thus, the positioning arm also withstands the high mechanical stresses during the positioning process. The Positioniergenauig ⁇ ness is enhanced by the play-free connection. Furthermore, there are weight advantages compared to screw.
  • the base body is a profile part made of steel.
  • Such commercially available profile parts are very inexpensive to purchase, have a high rigidity and are available in various cross-sectional shapes. This results especially in terms of cost benefits.
  • the positioning arm can also be configured in such a way that the base body has structural elements in a section in which the molded body is cast, which ensure a positive connection between the base body and the molded part.
  • the structural elements may, for example, a T-anchor at the end of the basic body or to projections on the Be ⁇ tenlustern of the base body or holes or depressions acting on the base body.
  • the fact that the Srukturettiium are surrounded by the aluminum, creates a positive connection, which in addition to the resulting frictional engagement for an even firmer and secure connection.
  • a placement machine according to claim 4 has a positioning arm according to one of claims 1 to 3. Therefore, the placement machine is characterized by lower manufacturing and Anschaf ⁇ procurement costs and high positioning accuracy and a lower weight of the positioning system on.
  • the advantages mentioned with respect to claims 1 to 3 apply analogously.
  • Figure 1 is a schematic illustration of an exemplary embodiment of the placement machine with a positioning arm
  • FIGS. 1 and Figure 3 are schematic partial views of an embodiment of the positioning.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a placement machine 1 is shown schematically.
  • a substrate 2 to be loaded is transported by means of a conveyor belt 3 in a transport direction (arrow x) to an assembly area of the placement machine 1, where it is provided with electrical components by means of a placement head 4.
  • the placement head 4 is by means of a positioning according to the invention 5, Wel- is described in more detail with reference to Figures 2 and 3, moved in a direction parallel to the substrate 2 level.
  • the placement head 4 is displaceably mounted on the positioning arm 5 in a direction transverse to the transport direction (arrow y).
  • the positioning arm 5 is displaceably mounted on a chassis 6 of the placement machine 1 in the transport direction (arrow x).
  • the drives 7 both of the placement head 4 on the positioning ⁇ nierarm 5 and the positioning 5 on the chassis 6 can be realized by means of a linear motor, a belt drive or a spindle drive.
  • the positioning arm In order to connect the positioning arm to the drive, it is necessary that the positioning arm has corresponding connecting elements, such as a flange.
  • a flange In order to connect the positioning arm to the drive, it is necessary that the positioning arm has corresponding connecting elements, such as a flange.
  • the formation of such a flange on the positioning proves to be very complicated in known positioning arms, since the flange must be attached as a separate moldings, for example by means of screw, to a main body of the positioning. At the connection between the molding and the body very high demands are placed on stability and precision.
  • FIGS. 2 and 3 each show enlarged partial views of exemplary embodiments of the positioning arm 5 shown in FIG. 1.
  • the positioning 5 consists of a base body 8 and a molded body 9 attached thereto (shown in phantom).
  • the base body 8 may be a commercially available, low-cost profile part such as egg ⁇ nem square hollow profile action which ty high Stabili ⁇ and having stiffness of steel.
  • the molded body 9 has Alumini ⁇ microns, and therefore consists of aluminum or an aluminum alloy.
  • the main body 8 made of steel is at least partially immersed in a mold filled with liquid aluminum or with a liquid aluminum alloy (not shown) of the shaped body 9.
  • ge ⁇ This is done with the end of the body 8 to be attached at which the linear motor. 7
  • the base body 8 heats up in this area to the casting temperature of the aluminum, without melting.
  • aluminum has a much lower melting temperature than steel.
  • the mold for the molded body 9 this can be very easy and flexible according to the individual conditions out ⁇ forms, whereby a very high flexibility is achieved.
  • the molded body 9 of aluminum shrinks more than the main body 8 made of steel.
  • the molded body 9 can be molded onto the base body 8 or the main body 8 of the molded body 9 are at least partially encircled.
  • a structural element 10 in the form of a protruding end plate made of steel is attached in the section in which the shaped body 9 is cast onto the main body 8. This can be welded in ⁇ example. Alternatively, further structural elements 10, such as holes or elevations (not shown) in the wall of the main body 8, may be formed. After encapsulation of this the Strukturele ⁇ elements 10 having portion of the base body 8 results in addition to the frictional connection in addition a positive connection between the molded body 9 and the base body 8. Thereby, the connection between the shaped body 9 and the base body 8 is further strengthened.
  • the linear motor 7 can be attached to the positioning arm 5, for example by means of screws 11.
  • corresponding holes may be provided on the shaped body 9.
  • the connection between the base body 8 and the shaped body 9 of the positioning arm 5 described above is absolutely play ⁇ free and very solid.
  • the positioning of the placement 4 therefore takes place with very high precision.
  • the production of the positioning arm 5 is inexpensive.
  • the positioning arm 5 according to the invention is characterized by a low weight due to the frictional connection. Furthermore, the casting process results in a high degree of flexibility with regard to the shaping of the shaped body 9.

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Abstract

Ein Positionierarm (5) für einen Bestückkopf (4) eines Bestückautomaten (1) zum Bestücken von Substraten (2) mit elektrischen Bauteilen weist einen Grundkörper (8) aus Stahl und einen Formkörper (9) aus Aluminium auf, wobei der Formkörper (9) an den Grundkörper 8 angegossen ist.

Description

Positionierarm für einen Bestückautomaten zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauteilen
Die Erfindung betrifft einen Positionierarm für einen Be- stückkopf eines Bestückautomaten zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauteilen und einen Bestückautomaten mit einem derartigen Positionierarm.
In der Bestücktechnik werden Substrate in einem Bestückauto- maten mittels eines Bestückkopfes mit elektrischen Bauteilen versehen. Der Bestückkopf wird gewöhnlich mittels eines ver¬ fahrbaren Positionierarms in einer Bestückebene über dem zu bestückenden Substrat bewegt. Bei dem Positionierarm kann es sich um einen Stahlträger handeln, welcher zumindest an einem Ende mit einem Antriebssystem, beispielsweise einem Linearmo¬ tor, gekoppelt ist. Zur Anbindung an das Antriebssystem muss der Stahlträger an dieser Seite einen Formkörper bzw. ein Verbindungselement, wie beispielsweise ein Flansch, aufwei¬ sen. Dieses separate Verbindungselement muss dabei aufwändig und kostenintensiv an dem Stahlträger, beispielsweise durch Schraubverbindungen, befestigt werden. Die Schraubverbindungen sind dabei nie ganz spielfrei, was sich negativ auf die Positioniergenauigkeit auswirkt. Ferner verursachen Schraub¬ verbindungen eine deutliche Zunahme des Gewichts des Positio- nierarms .
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Positionierarm für einen Bestückautomaten und einen Bestückautomaten zu liefern, welche sich durch eine einfache Her- Stellung und eine hohe Positioniergenauigkeit auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch den Positionierarm und den Bestückautomaten gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprü- che. Ein Positionierarm gemäß dem Anspruch 1 weist einen Grundkörper aus Stahl und einen daran befestigten Formkörper aus Aluminium auf, wobei der Formkörper an den Grundkörper angegossen ist. Da die Gießtemperatur bzw. Schmelztemperatur von A- luminium deutlich niedriger liegt als die von Stahl, kann das Angießen des Formkörpers and den Grundkörper beispielsweise dadurch geschehen, dass der feste Grundkörper zumindest teilweise in eine entsprechende Gussform für den Formkörper, welche Aluminiumschmelze enthält, getaucht wird. Der Stahl er- wärmt sich dabei auf die Gießtemperatur des Aluminiums und dehnt sich aus, ohne dabei selbst zu schmelzen. Beim Abkühlen erstarrt das Aluminium und wird fest . Da der Formkörper aus Aluminium bei weiteren Abkühlen stärker schrumpft als der Grundkörper aus Stahl, baut sich an dem Abschnitt, an dem der Formkörper an den Grundkörper angegossen ist, eine hohe
Druckspannung auf. Dadurch entsteht zwischen dem Formkörper und dem Grundkörper eine sehr starke Reibschlussverbindung. Bei diesem Positionierarm sind keine aufwändigen Schraubverbindungen zwischen dem Formkörper und dem Grundkörper mehr nötig. Die Herstellung ist einfach durchzuführen, Da der
Formkörper gegossen wird, können beliebige Formen realisiert werden, was eine hohe Flexibilität mit sich bringt. Ferner ist die Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Formkörper absolut spielfrei und extrem fest. Somit widersteht der Positionierarm auch den hohen mechanischen Beanspruchungen während des Positioniervorgangs. Auch die Positioniergenauig¬ keit wird durch die spielfreie Verbindung gesteigert. Ferner ergeben sich im Vergleich zu Schraubverbindungen Gewichtsvorteile .
In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 handelt es sich bei dem Grundkörper um ein Profilteil aus Stahl. Derartige handelsübliche Profilteile sind sehr günstig in der Anschaffung, weisen eine hohe Steifigkeit auf und sind in verschiedenen Querschnittsformen erhältlich. Dadurch ergeben sich vor allem bezüglich der Kosten Vorteile. Der Positionierarm kann gemäß Anspruch 3 auch dahingehend ausgestaltet werden, dass der Grundkörper in einem Abschnitt, in dem der Formkörper angegossen ist, Strukturelemente aufweist, welche eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem angegossenen Formteil gewährleisten. Bei den Strukturelementen kann es sich beispielsweise um einen T- Anker am Ende des Grundkörpers oder um Fortsätze an den Sei¬ tenwänden des Grundkörpers oder Löcher bzw. Vertiefungen am Grundkörper handeln. Dadurch, dass die Srukturelemente von dem Aluminium umgössen werden, entsteht ein Formschluss, welcher zusätzlich zu dem sich ergebenden Reibschluss für eine noch festere und sichere Verbindung sorgt.
Ein Bestückautomat gemäß Anspruch 4 weist einen Positionier- arm nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf. Der Bestückautomat zeichnet sich daher durch geringere Fertigungs- und Anschaf¬ fungskosten sowie eine hohe Positioniergenauigkeit und ein geringeres Gewicht des Positioniersystems auf. Die bezüglich der Ansprüche 1 bis 3 genannten Vorteile gelten analog.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei¬ spiels des Bestückautomaten mit einem Positionierarm,
Figur 2 und Figur 3 jeweils schematische Teilansichten eines Ausführungsbeispiels des Positionierarms.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Bestückautomaten 1 schematisch dargestellt. Ein zu bestückendes Substrat 2 wird mittels eines Transportbandes 3 in einer Transportrich¬ tung (Pfeil x) zu einem Bestückbereich des Bestückautomaten 1 transportiert, um dort mittels eines Bestückkopfes 4 mit e- lektrischen Bauteilen versehen zu werden. Der Bestückkopf 4 wird mittels eines erfindungsgemäßen Positionierarms 5, wel- eher anhand der Figuren 2 und 3 näher beschrieben wird, in einer zum Substrat 2 parallelen Ebene bewegt. Der Bestückkopf 4 ist in einer zur Transportrichtung quergerichteten Richtung (Pfeil y) verschiebbar am Positionierarm 5 gelagert . Ferner ist der Positionierarm 5 in der Transportrichtung (Pfeil x) verschiebbar am einem Chassis 6 des Bestückautomaten 1 gelagert. Die Antriebe 7 sowohl des Bestückkopfes 4 am Positio¬ nierarm 5 als auch des Positionierarms 5 am Chassis 6 können mittels eines Linearmotors , eines Riemenantriebs oder eines Spindelantriebs realisiert werden.
Zur Anbindung des Positionierarms an den Antrieb ist es not¬ wendig, dass der Positionierarm über entsprechende Verbindungselemente, wie beispielsweise einen Flansch, verfügt. Die Ausbildung eines derartigen Flansches am Positionierarm erweist sich bei bekannten Positionierarmen als sehr aufwändig, da der Flansch als gesonderter Formkörper, beispielsweise mittels Schraubverbindungen, an einen Grundkörper des Positionierarms befestigt werden muss. An die Verbindung zwischen dem Formkörper und dem Grundkörper sind sehr hohe Anforderungen bezüglich Stabilität und Präzision gestellt.
Die Figuren 2 und 3 stellen jeweils vergrößerte Teilansichten von Ausführungsbeispielen des in Fig. 1 gezeigten Positio- nierarms 5 dar.
Der Positionierarm 5 besteht aus einem Grundkörper 8 und einem daran befestigten Formkörper 9 (gestrichelt dargestellt) . Bei dem Grundkörper 8 kann es sich um ein handelsübliches, kostengünstiges Profilteil aus Stahl, wie beispielsweise ei¬ nem Vierkant-Hohlprofil, handeln, welches eine hohe Stabili¬ tät und Steifigkeit aufweist . Der Formkörper 9 weist Alumini¬ um auf und besteht daher aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Zwischen dem Formkörper 9 und dem Grundkörper 8 besteht eine äußerst feste Reibschlussverbindung (Fig. 2) und optional eine zusätzliche Formschlussverbindung. Diese Reibschlussverbindung und Formschlussverbindung können folgendermaßen erreicht werden:
Der Grundkörper 8 aus Stahl wird in eine mit flüssigem Alumi- nium oder mit einer flüssigen Aluminiumlegierung gefüllte Gießform (nicht dargestellt) des Formkörpers 9 zumindest teilweise getaucht. Im Falle der Ausführungsbeispiele ge¬ schieht dies mit dem Ende des Grundkörpers 8, an welchem der Linearmotor 7 befestigt werden soll. Dabei erwärmt sich der Grundkörper 8 in diesem Bereich auf die Gießtemperatur des Aluminiums, ohne dabei zu schmelzen. Dies liegt daran, dass Aluminium eine deutlich niedrigere Schmelztemperatur als Stahl aufweist. Durch entsprechende Gestaltung der Gießform für den Formkörper 9, kann dieser sehr einfach und flexibel entsprechend der jeweiligen individuellen Verhältnisse ausge¬ bildet werden, wodurch eine sehr hohe Flexibilität erreicht wird. Beim Abkühlen des Aluminiums schrumpft der Formkörper 9 aus Aluminium stärker als der Grundkörper 8 aus Stahl. Damit baut sich in dem Bereich des Grundkörpers 8, in dem er von dem Formkörper 9 umgössen ist, eine sehr hohe Druckspannung auf. Bei vollständiger Abkühlung und Erstarrung des Aluminiums ergibt sich durch die hohe Druckspannung eine sehr feste, wartungsfreie Reibschlussverbindung zwischen dem Formkörper 9 und dem Grundkörper 8. Auf die oben dargestellte Weise kann der Formkörper 9 an den Grundkörper 8 angegossen werden bzw. kann der Grundkörper 8 von dem Formkörper 9 zumindest teilweise umgössen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist in dem Ab- schnitt, in dem der Formkörper 9 an den Grundkörper 8 angegossen wird, ein Strukturelement 10 in Form einer überstehenden Abschlussplatte aus Stahl angebracht. Diese kann bei¬ spielsweise angeschweißt werden. Alternativ können weitere Strukturelemente 10, wie beispielsweise Löcher oder Erhöhun- gen (nicht dargestellt) in der Wandung des Grundkörpers 8, ausgebildet sein. Nach dem Umgießen dieses die Strukturele¬ mente 10 aufweisenden Abschnitts des Grundkörpers 8 ergibt sich neben der Reibschlussverbindung zusätzlich eine Formschlussverbindung zwischen dem Formkörper 9 und dem Grundkörper 8. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Formkörper 9 und dem Grundkörper 8 noch weiter gefestigt.
Der Linearmotor 7 kann beispielsweise mittels Schrauben 11 am Positionierarm 5 befestigt werden. Dazu können am Formkörper 9 entsprechende Bohrungen vorgesehen sein.
Die Verbindung zwischen dem Grundkörper 8 und dem Formkörper 9 des oben beschriebenen Positionierarms 5 ist absolut spiel¬ frei und sehr fest. Die Positionierung des Bestückkopfes 4 erfolgt daher mit sehr hoher Präzision. Der Herstellung des Positionierarms 5 ist kostengünstig. Der erfindungsgemäße Po- sitionierarm 5 zeichnet sich augrund der Reibschlussverbindung durch ein geringes Gewicht aus. Ferner ergibt sich durch den Gießvorgang eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Formgebung des Formkörpers 9.

Claims

Patentansprüche
1. Positionierarm (5) für einen Bestückkopf (4) eines Bestückautomaten (1) zum Bestücken von Substraten (2) mit e- lektrischen Bauteilen, welcher einen Grundkörper (8) aus
Stahl und einen Formkörper (9) aus Aluminium aufweist, wobei der Formkörper (9) an den Grundkörper 8 angegossen ist.
2. Positionierarm (5) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Grundkörper (8) um ein Profilteil handelt.
3. Positionierarm (5) nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper (8) in einem Abschnitt, in dem der Formkörper (9) angegossen ist, Strukturelemente (10) aufweist, welche eine formschlüs- sige Verbindung zwischen dem Grundkörper (8) und dem angegossenen Formkörper (9) gewährleisten.
4. Bestückautomat (1) zum Bestücken von Substraten (2) mit elektrischen Bauteilen, mit einem Positionierarm (5) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 3.
PCT/EP2006/070013 2006-02-09 2006-12-20 Positionierarm für einen bestückautomaten zum bestücken von substraten mit elektrischen bauteilen WO2007090483A1 (de)

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